we should be able to publish the page from main branch
[CppCoreGuidelines.git] / CppCoreGuidelines.md
blobda797575094c6554a8620538f418401ba700dc3a
1 # <a name="main"></a>C++ Core Guidelines
3 May 11, 2024
5 Editors:
7 * [Bjarne Stroustrup](http://www.stroustrup.com)
8 * [Herb Sutter](http://herbsutter.com/)
10 This is a living document under continuous improvement.
11 Had it been an open-source (code) project, this would have been release 0.8.
12 Copying, use, modification, and creation of derivative works from this project is licensed under an MIT-style license.
13 Contributing to this project requires agreeing to a Contributor License. See the accompanying [LICENSE](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/LICENSE) file for details.
14 We make this project available to "friendly users" to use, copy, modify, and derive from, hoping for constructive input.
16 Comments and suggestions for improvements are most welcome.
17 We plan to modify and extend this document as our understanding improves and the language and the set of available libraries improve.
18 When commenting, please note [the introduction](#S-introduction) that outlines our aims and general approach.
19 The list of contributors is [here](#SS-ack).
21 Problems:
23 * The sets of rules have not been completely checked for completeness, consistency, or enforceability.
24 * Triple question marks (???) mark known missing information
25 * Update reference sections; many pre-C++11 sources are too old.
26 * For a more-or-less up-to-date to-do list see: [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
28 You can [read an explanation of the scope and structure of this Guide](#S-abstract) or just jump straight in:
30 * [In: Introduction](#S-introduction)
31 * [P: Philosophy](#S-philosophy)
32 * [I: Interfaces](#S-interfaces)
33 * [F: Functions](#S-functions)
34 * [C: Classes and class hierarchies](#S-class)
35 * [Enum: Enumerations](#S-enum)
36 * [R: Resource management](#S-resource)
37 * [ES: Expressions and statements](#S-expr)
38 * [Per: Performance](#S-performance)
39 * [CP: Concurrency and parallelism](#S-concurrency)
40 * [E: Error handling](#S-errors)
41 * [Con: Constants and immutability](#S-const)
42 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
43 * [CPL: C-style programming](#S-cpl)
44 * [SF: Source files](#S-source)
45 * [SL: The Standard Library](#sl-the-standard-library)
47 Supporting sections:
49 * [A: Architectural ideas](#S-A)
50 * [NR: Non-Rules and myths](#S-not)
51 * [RF: References](#S-references)
52 * [Pro: Profiles](#S-profile)
53 * [GSL: Guidelines support library](#gsl-guidelines-support-library)
54 * [NL: Naming and layout suggestions](#S-naming)
55 * [FAQ: Answers to frequently asked questions](#S-faq)
56 * [Appendix A: Libraries](#S-libraries)
57 * [Appendix B: Modernizing code](#S-modernizing)
58 * [Appendix C: Discussion](#S-discussion)
59 * [Appendix D: Supporting tools](#S-tools)
60 * [Glossary](#S-glossary)
61 * [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
63 You can sample rules for specific language features:
65 * assignment:
66 [regular types](#Rc-regular) --
67 [prefer initialization](#Rc-initialize) --
68 [copy](#Rc-copy-semantic) --
69 [move](#Rc-move-semantic) --
70 [other operations](#Rc-matched) --
71 [default](#Rc-eqdefault)
72 * `class`:
73 [data](#Rc-org) --
74 [invariant](#Rc-struct) --
75 [members](#Rc-member) --
76 [helpers](#Rc-helper) --
77 [concrete types](#SS-concrete) --
78 [ctors, =, and dtors](#S-ctor) --
79 [hierarchy](#SS-hier) --
80 [operators](#SS-overload)
81 * `concept`:
82 [rules](#SS-concepts) --
83 [in generic programming](#Rt-raise) --
84 [template arguments](#Rt-concepts) --
85 [semantics](#Rt-low)
86 * constructor:
87 [invariant](#Rc-struct) --
88 [establish invariant](#Rc-ctor) --
89 [`throw`](#Rc-throw) --
90 [default](#Rc-default0) --
91 [not needed](#Rc-default) --
92 [`explicit`](#Rc-explicit) --
93 [delegating](#Rc-delegating) --
94 [`virtual`](#Rc-ctor-virtual)
95 * derived `class`:
96 [when to use](#Rh-domain) --
97 [as interface](#Rh-abstract) --
98 [destructors](#Rh-dtor) --
99 [copy](#Rh-copy) --
100 [getters and setters](#Rh-get) --
101 [multiple inheritance](#Rh-mi-interface) --
102 [overloading](#Rh-using) --
103 [slicing](#Rc-copy-virtual) --
104 [`dynamic_cast`](#Rh-dynamic_cast)
105 * destructor:
106 [and constructors](#Rc-matched) --
107 [when needed?](#Rc-dtor) --
108 [must not fail](#Rc-dtor-fail)
109 * exception:
110 [errors](#S-errors) --
111 [`throw`](#Re-throw) --
112 [for errors only](#Re-errors) --
113 [`noexcept`](#Re-noexcept) --
114 [minimize `try`](#Re-catch) --
115 [what if no exceptions?](#Re-no-throw-codes)
116 * `for`:
117 [range-for and for](#Res-for-range) --
118 [for and while](#Res-for-while) --
119 [for-initializer](#Res-for-init) --
120 [empty body](#Res-empty) --
121 [loop variable](#Res-loop-counter) --
122 [loop variable type ???](#Res-???)
123 * function:
124 [naming](#Rf-package) --
125 [single operation](#Rf-logical) --
126 [no throw](#Rf-noexcept) --
127 [arguments](#Rf-smart) --
128 [argument passing](#Rf-conventional) --
129 [multiple return values](#Rf-out-multi) --
130 [pointers](#Rf-return-ptr) --
131 [lambdas](#Rf-capture-vs-overload)
132 * `inline`:
133 [small functions](#Rf-inline) --
134 [in headers](#Rs-inline)
135 * initialization:
136 [always](#Res-always) --
137 [prefer `{}`](#Res-list) --
138 [lambdas](#Res-lambda-init) --
139 [default member initializers](#Rc-in-class-initializer) --
140 [class members](#Rc-initialize) --
141 [factory functions](#Rc-factory)
142 * lambda expression:
143 [when to use](#SS-lambdas)
144 * operator:
145 [conventional](#Ro-conventional) --
146 [avoid conversion operators](#Ro-conversion) --
147 [and lambdas](#Ro-lambda)
148 * `public`, `private`, and `protected`:
149 [information hiding](#Rc-private) --
150 [consistency](#Rh-public) --
151 [`protected`](#Rh-protected)
152 * `static_assert`:
153 [compile-time checking](#Rp-compile-time) --
154 [and concepts](#Rt-check-class)
155 * `struct`:
156 [for organizing data](#Rc-org) --
157 [use if no invariant](#Rc-struct) --
158 [no private members](#Rc-class)
159 * `template`:
160 [abstraction](#Rt-raise) --
161 [containers](#Rt-cont) --
162 [concepts](#Rt-concepts)
163 * `unsigned`:
164 [and signed](#Res-mix) --
165 [bit manipulation](#Res-unsigned)
166 * `virtual`:
167 [interfaces](#Ri-abstract) --
168 [not `virtual`](#Rc-concrete) --
169 [destructor](#Rc-dtor-virtual) --
170 [never fail](#Rc-dtor-fail)
172 You can look at design concepts used to express the rules:
174 * assertion: ???
175 * error: ???
176 * exception: exception guarantee (???)
177 * failure: ???
178 * invariant: ???
179 * leak: ???
180 * library: ???
181 * precondition: ???
182 * postcondition: ???
183 * resource: ???
185 # <a name="S-abstract"></a>Abstract
187 This document is a set of guidelines for using C++ well.
188 The aim of this document is to help people to use modern C++ effectively.
189 By "modern C++" we mean effective use of the ISO C++ standard (currently C++20, but almost all of our recommendations also apply to C++17, C++14 and C++11).
190 In other words, what would you like your code to look like in 5 years' time, given that you can start now? In 10 years' time?
192 The guidelines are focused on relatively high-level issues, such as interfaces, resource management, memory management, and concurrency.
193 Such rules affect application architecture and library design.
194 Following the rules will lead to code that is statically type safe, has no resource leaks, and catches many more programming logic errors than is common in code today.
195 And it will run fast -- you can afford to do things right.
197 We are less concerned with low-level issues, such as naming conventions and indentation style.
198 However, no topic that can help a programmer is out of bounds.
200 Our initial set of rules emphasizes safety (of various forms) and simplicity.
201 They might very well be too strict.
202 We expect to have to introduce more exceptions to better accommodate real-world needs.
203 We also need more rules.
205 You will find some of the rules contrary to your expectations or even contrary to your experience.
206 If we haven't suggested you change your coding style in any way, we have failed!
207 Please try to verify or disprove rules!
208 In particular, we'd really like to have some of our rules backed up with measurements or better examples.
210 You will find some of the rules obvious or even trivial.
211 Please remember that one purpose of a guideline is to help someone who is less experienced or coming from a different background or language to get up to speed.
213 Many of the rules are designed to be supported by an analysis tool.
214 Violations of rules will be flagged with references (or links) to the relevant rule.
215 We do not expect you to memorize all the rules before trying to write code.
216 One way of thinking about these guidelines is as a specification for tools that happens to be readable by humans.
218 The rules are meant for gradual introduction into a code base.
219 We plan to build tools for that and hope others will too.
221 Comments and suggestions for improvements are most welcome.
222 We plan to modify and extend this document as our understanding improves and the language and the set of available libraries improve.
224 # <a name="S-introduction"></a>In: Introduction
226 This is a set of core guidelines for modern C++ (currently C++20 and C++17) taking likely future enhancements and ISO Technical Specifications (TSs) into account.
227 The aim is to help C++ programmers to write simpler, more efficient, more maintainable code.
229 Introduction summary:
231 * [In.target: Target readership](#SS-readers)
232 * [In.aims: Aims](#SS-aims)
233 * [In.not: Non-aims](#SS-non)
234 * [In.force: Enforcement](#SS-force)
235 * [In.struct: The structure of this document](#SS-struct)
236 * [In.sec: Major sections](#SS-sec)
238 ## <a name="SS-readers"></a>In.target: Target readership
240 All C++ programmers. This includes [programmers who might consider C](#S-cpl).
242 ## <a name="SS-aims"></a>In.aims: Aims
244 The purpose of this document is to help developers to adopt modern C++ (currently C++20 and C++17) and to achieve a more uniform style across code bases.
246 We do not suffer the delusion that every one of these rules can be effectively applied to every code base. Upgrading old systems is hard. However, we do believe that a program that uses a rule is less error-prone and more maintainable than one that does not. Often, rules also lead to faster/easier initial development.
247 As far as we can tell, these rules lead to code that performs as well or better than older, more conventional techniques; they are meant to follow the zero-overhead principle ("what you don't use, you don't pay for" or "when you use an abstraction mechanism appropriately, you get at least as good performance as if you had handcoded using lower-level language constructs").
248 Consider these rules ideals for new code, opportunities to exploit when working on older code, and try to approximate these ideals as closely as feasible.
249 Remember:
251 ### <a name="R0"></a>In.0: Don't panic!
253 Take the time to understand the implications of a guideline rule on your program.
255 These guidelines are designed according to the "subset of superset" principle ([Stroustrup05](#Stroustrup05)).
256 They do not simply define a subset of C++ to be used (for reliability, safety, performance, or whatever).
257 Instead, they strongly recommend the use of a few simple "extensions" ([library components](#gsl-guidelines-support-library))
258 that make the use of the most error-prone features of C++ redundant, so that they can be banned (in our set of rules).
260 The rules emphasize static type safety and resource safety.
261 For that reason, they emphasize possibilities for range checking, for avoiding dereferencing `nullptr`, for avoiding dangling pointers, and the systematic use of exceptions (via RAII).
262 Partly to achieve that and partly to minimize obscure code as a source of errors, the rules also emphasize simplicity and the hiding of necessary complexity behind well-specified interfaces.
264 Many of the rules are prescriptive.
265 We are uncomfortable with rules that simply state "don't do that!" without offering an alternative.
266 One consequence of that is that some rules can be supported only by heuristics, rather than precise and mechanically verifiable checks.
267 Other rules articulate general principles. For these more general rules, more detailed and specific rules provide partial checking.
269 These guidelines address the core of C++ and its use.
270 We expect that most large organizations, specific application areas, and even large projects will need further rules, possibly further restrictions, and further library support.
271 For example, hard-real-time programmers typically can't use free store (dynamic memory) freely and will be restricted in their choice of libraries.
272 We encourage the development of such more specific rules as addenda to these core guidelines.
273 Build your ideal small foundation library and use that, rather than lowering your level of programming to glorified assembly code.
275 The rules are designed to allow [gradual adoption](#S-modernizing).
277 Some rules aim to increase various forms of safety while others aim to reduce the likelihood of accidents, many do both.
278 The guidelines aimed at preventing accidents often ban perfectly legal C++.
279 However, when there are two ways of expressing an idea and one has shown itself a common source of errors and the other has not, we try to guide programmers towards the latter.
281 ## <a name="SS-non"></a>In.not: Non-aims
283 The rules are not intended to be minimal or orthogonal.
284 In particular, general rules can be simple, but unenforceable.
285 Also, it is often hard to understand the implications of a general rule.
286 More specialized rules are often easier to understand and to enforce, but without general rules, they would just be a long list of special cases.
287 We provide rules aimed at helping novices as well as rules supporting expert use.
288 Some rules can be completely enforced, but others are based on heuristics.
290 These rules are not meant to be read serially, like a book.
291 You can browse through them using the links.
292 However, their main intended use is to be targets for tools.
293 That is, a tool looks for violations and the tool returns links to violated rules.
294 The rules then provide reasons, examples of potential consequences of the violation, and suggested remedies.
296 These guidelines are not intended to be a substitute for a tutorial treatment of C++.
297 If you need a tutorial for some given level of experience, see [the references](#S-references).
299 This is not a guide on how to convert old C++ code to more modern code.
300 It is meant to articulate ideas for new code in a concrete fashion.
301 However, see [the modernization section](#S-modernizing) for some possible approaches to modernizing/rejuvenating/upgrading.
302 Importantly, the rules support gradual adoption: It is typically infeasible to completely convert a large code base all at once.
304 These guidelines are not meant to be complete or exact in every language-technical detail.
305 For the final word on language definition issues, including every exception to general rules and every feature, see the ISO C++ standard.
307 The rules are not intended to force you to write in an impoverished subset of C++.
308 They are *emphatically* not meant to define a, say, Java-like subset of C++.
309 They are not meant to define a single "one true C++" language.
310 We value expressiveness and uncompromised performance.
312 The rules are not value-neutral.
313 They are meant to make code simpler and more correct/safer than most existing C++ code, without loss of performance.
314 They are meant to inhibit perfectly valid C++ code that correlates with errors, spurious complexity, and poor performance.
316 The rules are not precise to the point where a person (or machine) can follow them without thinking.
317 The enforcement parts try to be that, but we would rather leave a rule or a definition a bit vague
318 and open to interpretation than specify something precisely and wrong.
319 Sometimes, precision comes only with time and experience.
320 Design is not (yet) a form of Math.
322 The rules are not perfect.
323 A rule can do harm by prohibiting something that is useful in a given situation.
324 A rule can do harm by failing to prohibit something that enables a serious error in a given situation.
325 A rule can do a lot of harm by being vague, ambiguous, unenforceable, or by enabling every solution to a problem.
326 It is impossible to completely meet the "do no harm" criteria.
327 Instead, our aim is the less ambitious: "Do the most good for most programmers";
328 if you cannot live with a rule, object to it, ignore it, but don't water it down until it becomes meaningless.
329 Also, suggest an improvement.
331 ## <a name="SS-force"></a>In.force: Enforcement
333 Rules with no enforcement are unmanageable for large code bases.
334 Enforcement of all rules is possible only for a small weak set of rules or for a specific user community.
336 * But we want lots of rules, and we want rules that everybody can use.
337 * But different people have different needs.
338 * But people don't like to read lots of rules.
339 * But people can't remember many rules.
341 So, we need subsetting to meet a variety of needs.
343 * But arbitrary subsetting leads to chaos.
345 We want guidelines that help a lot of people, make code more uniform, and strongly encourage people to modernize their code.
346 We want to encourage best practices, rather than leave all to individual choices and management pressures.
347 The ideal is to use all rules; that gives the greatest benefits.
349 This adds up to quite a few dilemmas.
350 We try to resolve those using tools.
351 Each rule has an **Enforcement** section listing ideas for enforcement.
352 Enforcement might be done by code review, by static analysis, by compiler, or by run-time checks.
353 Wherever possible, we prefer "mechanical" checking (humans are slow, inaccurate, and bore easily) and static checking.
354 Run-time checks are suggested only rarely where no alternative exists; we do not want to introduce "distributed bloat".
355 Where appropriate, we label a rule (in the **Enforcement** sections) with the name of groups of related rules (called "profiles").
356 A rule can be part of several profiles, or none.
357 For a start, we have a few profiles corresponding to common needs (desires, ideals):
359 * **type**: No type violations (reinterpreting a `T` as a `U` through casts, unions, or varargs)
360 * **bounds**: No bounds violations (accessing beyond the range of an array)
361 * **lifetime**: No leaks (failing to `delete` or multiple `delete`) and no access to invalid objects (dereferencing `nullptr`, using a dangling reference).
363 The profiles are intended to be used by tools, but also serve as an aid to the human reader.
364 We do not limit our comment in the **Enforcement** sections to things we know how to enforce; some comments are mere wishes that might inspire some tool builder.
366 Tools that implement these rules shall respect the following syntax to explicitly suppress a rule:
368     [[gsl::suppress("tag")]]
370 and optionally with a message (following usual C++11 standard attribute syntax):
372     [[gsl::suppress("tag", justification: "message")]]
374 where
376 * `"tag"` is a string literal with the anchor name of the item where the Enforcement rule appears (e.g., for [C.134](#Rh-public) it is "Rh-public"), the
377 name of a profile group-of-rules ("type", "bounds", or "lifetime"),
378 or a specific rule in a profile ([type.4](#Pro-type-cstylecast), or [bounds.2](#Pro-bounds-arrayindex)). Any text that is not one of those should be rejected.
380 * `"message"` is a string literal
382 ## <a name="SS-struct"></a>In.struct: The structure of this document
384 Each rule (guideline, suggestion) can have several parts:
386 * The rule itself -- e.g., **no naked `new`**
387 * A rule reference number -- e.g., **C.7** (the 7th rule related to classes).
388   Since the major sections are not inherently ordered, we use letters as the first part of a rule reference "number".
389   We leave gaps in the numbering to minimize "disruption" when we add or remove rules.
390 * **Reason**s (rationales) -- because programmers find it hard to follow rules they don't understand
391 * **Example**s -- because rules are hard to understand in the abstract; can be positive or negative
392 * **Alternative**s -- for "don't do this" rules
393 * **Exception**s -- we prefer simple general rules. However, many rules apply widely, but not universally, so exceptions must be listed
394 * **Enforcement** -- ideas about how the rule might be checked "mechanically"
395 * **See also**s -- references to related rules and/or further discussion (in this document or elsewhere)
396 * **Note**s (comments) -- something that needs saying that doesn't fit the other classifications
397 * **Discussion** -- references to more extensive rationale and/or examples placed outside the main lists of rules
399 Some rules are hard to check mechanically, but they all meet the minimal criteria that an expert programmer can spot many violations without too much trouble.
400 We hope that "mechanical" tools will improve with time to approximate what such an expert programmer notices.
401 Also, we assume that the rules will be refined over time to make them more precise and checkable.
403 A rule is aimed at being simple, rather than carefully phrased to mention every alternative and special case.
404 Such information is found in the **Alternative** paragraphs and the [Discussion](#S-discussion) sections.
405 If you don't understand a rule or disagree with it, please visit its **Discussion**.
406 If you feel that a discussion is missing or incomplete, enter an [Issue](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/issues)
407 explaining your concerns and possibly a corresponding PR.
409 Examples are written to illustrate rules.
411 * Examples are not intended to be production quality or to cover all tutorial dimensions.
412 For example, many examples are language-technical and use names like `f`, `base`, and `x`.
413 * We try to ensure that "good" examples follow the Core Guidelines.
414 * Comments are often illustrating rules where they would be unnecessary and/or distracting in "real code."
415 * We assume knowledge of the standard library. For example, we use plain `vector` rather than `std::vector`.
417 This is not a language manual.
418 It is meant to be helpful, rather than complete, fully accurate on technical details, or a guide to existing code.
419 Recommended information sources can be found in [the references](#S-references).
421 ## <a name="SS-sec"></a>In.sec: Major sections
423 * [In: Introduction](#S-introduction)
424 * [P: Philosophy](#S-philosophy)
425 * [I: Interfaces](#S-interfaces)
426 * [F: Functions](#S-functions)
427 * [C: Classes and class hierarchies](#S-class)
428 * [Enum: Enumerations](#S-enum)
429 * [R: Resource management](#S-resource)
430 * [ES: Expressions and statements](#S-expr)
431 * [Per: Performance](#S-performance)
432 * [CP: Concurrency and parallelism](#S-concurrency)
433 * [E: Error handling](#S-errors)
434 * [Con: Constants and immutability](#S-const)
435 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
436 * [CPL: C-style programming](#S-cpl)
437 * [SF: Source files](#S-source)
438 * [SL: The Standard Library](#sl-the-standard-library)
440 Supporting sections:
442 * [A: Architectural ideas](#S-A)
443 * [NR: Non-Rules and myths](#S-not)
444 * [RF: References](#S-references)
445 * [Pro: Profiles](#S-profile)
446 * [GSL: Guidelines support library](#gsl-guidelines-support-library)
447 * [NL: Naming and layout suggestions](#S-naming)
448 * [FAQ: Answers to frequently asked questions](#S-faq)
449 * [Appendix A: Libraries](#S-libraries)
450 * [Appendix B: Modernizing code](#S-modernizing)
451 * [Appendix C: Discussion](#S-discussion)
452 * [Appendix D: Supporting tools](#S-tools)
453 * [Glossary](#S-glossary)
454 * [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
456 These sections are not orthogonal.
458 Each section (e.g., "P" for "Philosophy") and each subsection (e.g., "C.hier" for "Class Hierarchies (OOP)") have an abbreviation for ease of searching and reference.
459 The main section abbreviations are also used in rule numbers (e.g., "C.11" for "Make concrete types regular").
461 # <a name="S-philosophy"></a>P: Philosophy
463 The rules in this section are very general.
465 Philosophy rules summary:
467 * [P.1: Express ideas directly in code](#Rp-direct)
468 * [P.2: Write in ISO Standard C++](#Rp-Cplusplus)
469 * [P.3: Express intent](#Rp-what)
470 * [P.4: Ideally, a program should be statically type safe](#Rp-typesafe)
471 * [P.5: Prefer compile-time checking to run-time checking](#Rp-compile-time)
472 * [P.6: What cannot be checked at compile time should be checkable at run time](#Rp-run-time)
473 * [P.7: Catch run-time errors early](#Rp-early)
474 * [P.8: Don't leak any resources](#Rp-leak)
475 * [P.9: Don't waste time or space](#Rp-waste)
476 * [P.10: Prefer immutable data to mutable data](#Rp-mutable)
477 * [P.11: Encapsulate messy constructs, rather than spreading through the code](#Rp-library)
478 * [P.12: Use supporting tools as appropriate](#Rp-tools)
479 * [P.13: Use support libraries as appropriate](#Rp-lib)
481 Philosophical rules are generally not mechanically checkable.
482 However, individual rules reflecting these philosophical themes are.
483 Without a philosophical basis, the more concrete/specific/checkable rules lack rationale.
485 ### <a name="Rp-direct"></a>P.1: Express ideas directly in code
487 ##### Reason
489 Compilers don't read comments (or design documents) and neither do many programmers (consistently).
490 What is expressed in code has defined semantics and can (in principle) be checked by compilers and other tools.
492 ##### Example
494     class Date {
495     public:
496         Month month() const;  // do
497         int month();          // don't
498         // ...
499     };
501 The first declaration of `month` is explicit about returning a `Month` and about not modifying the state of the `Date` object.
502 The second version leaves the reader guessing and opens more possibilities for uncaught bugs.
504 ##### Example, bad
506 This loop is a restricted form of `std::find`:
508     void f(vector<string>& v)
509     {
510         string val;
511         cin >> val;
512         // ...
513         int index = -1;                    // bad, plus should use gsl::index
514         for (int i = 0; i < v.size(); ++i) {
515             if (v[i] == val) {
516                 index = i;
517                 break;
518             }
519         }
520         // ...
521     }
523 ##### Example, good
525 A much clearer expression of intent would be:
527     void f(vector<string>& v)
528     {
529         string val;
530         cin >> val;
531         // ...
532         auto p = find(begin(v), end(v), val);  // better
533         // ...
534     }
536 A well-designed library expresses intent (what is to be done, rather than just how something is being done) far better than direct use of language features.
538 A C++ programmer should know the basics of the standard library, and use it where appropriate.
539 Any programmer should know the basics of the foundation libraries of the project being worked on, and use them appropriately.
540 Any programmer using these guidelines should know the [guidelines support library](#gsl-guidelines-support-library), and use it appropriately.
542 ##### Example
544     change_speed(double s);   // bad: what does s signify?
545     // ...
546     change_speed(2.3);
548 A better approach is to be explicit about the meaning of the double (new speed or delta on old speed?) and the unit used:
550     change_speed(Speed s);    // better: the meaning of s is specified
551     // ...
552     change_speed(2.3);        // error: no unit
553     change_speed(23_m / 10s);  // meters per second
555 We could have accepted a plain (unit-less) `double` as a delta, but that would have been error-prone.
556 If we wanted both absolute speed and deltas, we would have defined a `Delta` type.
558 ##### Enforcement
560 Very hard in general.
562 * use `const` consistently (check if member functions modify their object; check if functions modify arguments passed by pointer or reference)
563 * flag uses of casts (casts neuter the type system)
564 * detect code that mimics the standard library (hard)
566 ### <a name="Rp-Cplusplus"></a>P.2: Write in ISO Standard C++
568 ##### Reason
570 This is a set of guidelines for writing ISO Standard C++.
572 ##### Note
574 There are environments where extensions are necessary, e.g., to access system resources.
575 In such cases, localize the use of necessary extensions and control their use with non-core Coding Guidelines.  If possible, build interfaces that encapsulate the extensions so they can be turned off or compiled away on systems that do not support those extensions.
577 Extensions often do not have rigorously defined semantics.  Even extensions that
578 are common and implemented by multiple compilers might have slightly different
579 behaviors and edge case behavior as a direct result of *not* having a rigorous
580 standard definition.  With sufficient use of any such extension, expected
581 portability will be impacted.
583 ##### Note
585 Using valid ISO C++ does not guarantee portability (let alone correctness).
586 Avoid dependence on undefined behavior (e.g., [undefined order of evaluation](#Res-order))
587 and be aware of constructs with implementation defined meaning (e.g., `sizeof(int)`).
589 ##### Note
591 There are environments where restrictions on use of standard C++ language or library features are necessary, e.g., to avoid dynamic memory allocation as required by aircraft control software standards.
592 In such cases, control their (dis)use with an extension of these Coding Guidelines customized to the specific environment.
594 ##### Enforcement
596 Use an up-to-date C++ compiler (currently C++20 or C++17) with a set of options that do not accept extensions.
598 ### <a name="Rp-what"></a>P.3: Express intent
600 ##### Reason
602 Unless the intent of some code is stated (e.g., in names or comments), it is impossible to tell whether the code does what it is supposed to do.
604 ##### Example
606     gsl::index i = 0;
607     while (i < v.size()) {
608         // ... do something with v[i] ...
609     }
611 The intent of "just" looping over the elements of `v` is not expressed here. The implementation detail of an index is exposed (so that it might be misused), and `i` outlives the scope of the loop, which might or might not be intended. The reader cannot know from just this section of code.
613 Better:
615     for (const auto& x : v) { /* do something with the value of x */ }
617 Now, there is no explicit mention of the iteration mechanism, and the loop operates on a reference to `const` elements so that accidental modification cannot happen. If modification is desired, say so:
619     for (auto& x : v) { /* modify x */ }
621 For more details about for-statements, see [ES.71](#Res-for-range).
622 Sometimes better still, use a named algorithm. This example uses the `for_each` from the Ranges TS because it directly expresses the intent:
624     for_each(v, [](int x) { /* do something with the value of x */ });
625     for_each(par, v, [](int x) { /* do something with the value of x */ });
627 The last variant makes it clear that we are not interested in the order in which the elements of `v` are handled.
629 A programmer should be familiar with
631 * [The guidelines support library](#gsl-guidelines-support-library)
632 * [The ISO C++ Standard Library](#sl-the-standard-library)
633 * Whatever foundation libraries are used for the current project(s)
635 ##### Note
637 Alternative formulation: Say what should be done, rather than just how it should be done.
639 ##### Note
641 Some language constructs express intent better than others.
643 ##### Example
645 If two `int`s are meant to be the coordinates of a 2D point, say so:
647     draw_line(int, int, int, int);  // obscure: (x1,y1,x2,y2)? (x,y,h,w)? ...?
648                                     // need to look up documentation to know
650     draw_line(Point, Point);        // clearer
652 ##### Enforcement
654 Look for common patterns for which there are better alternatives
656 * simple `for` loops vs. range-`for` loops
657 * `f(T*, int)` interfaces vs. `f(span<T>)` interfaces
658 * loop variables in too large a scope
659 * naked `new` and `delete`
660 * functions with many parameters of built-in types
662 There is a huge scope for cleverness and semi-automated program transformation.
664 ### <a name="Rp-typesafe"></a>P.4: Ideally, a program should be statically type safe
666 ##### Reason
668 Ideally, a program would be completely statically (compile-time) type safe.
669 Unfortunately, that is not possible. Problem areas:
671 * unions
672 * casts
673 * array decay
674 * range errors
675 * narrowing conversions
677 ##### Note
679 These areas are sources of serious problems (e.g., crashes and security violations).
680 We try to provide alternative techniques.
682 ##### Enforcement
684 We can ban, restrain, or detect the individual problem categories separately, as required and feasible for individual programs.
685 Always suggest an alternative.
686 For example:
688 * unions -- use `variant` (in C++17)
689 * casts -- minimize their use; templates can help
690 * array decay -- use `span` (from the GSL)
691 * range errors -- use `span`
692 * narrowing conversions -- minimize their use and use `narrow` or `narrow_cast` (from the GSL) where they are necessary
694 ### <a name="Rp-compile-time"></a>P.5: Prefer compile-time checking to run-time checking
696 ##### Reason
698 Code clarity and performance.
699 You don't need to write error handlers for errors caught at compile time.
701 ##### Example
703     // Int is an alias used for integers
704     int bits = 0;         // don't: avoidable code
705     for (Int i = 1; i; i <<= 1)
706         ++bits;
707     if (bits < 32)
708         cerr << "Int too small\n";
710 This example fails to achieve what it is trying to achieve (because overflow is undefined) and should be replaced with a simple `static_assert`:
712     // Int is an alias used for integers
713     static_assert(sizeof(Int) >= 4);    // do: compile-time check
715 Or better still just use the type system and replace `Int` with `int32_t`.
717 ##### Example
719     void read(int* p, int n);   // read max n integers into *p
721     int a[100];
722     read(a, 1000);    // bad, off the end
724 better
726     void read(span<int> r); // read into the range of integers r
728     int a[100];
729     read(a);        // better: let the compiler figure out the number of elements
731 **Alternative formulation**: Don't postpone to run time what can be done well at compile time.
733 ##### Enforcement
735 * Look for pointer arguments.
736 * Look for run-time checks for range violations.
738 ### <a name="Rp-run-time"></a>P.6: What cannot be checked at compile time should be checkable at run time
740 ##### Reason
742 Leaving hard-to-detect errors in a program is asking for crashes and bad results.
744 ##### Note
746 Ideally, we catch all errors (that are not errors in the programmer's logic) at either compile time or run time. It is impossible to catch all errors at compile time and often not affordable to catch all remaining errors at run time. However, we should endeavor to write programs that in principle can be checked, given sufficient resources (analysis programs, run-time checks, machine resources, time).
748 ##### Example, bad
750     // separately compiled, possibly dynamically loaded
751     extern void f(int* p);
753     void g(int n)
754     {
755         // bad: the number of elements is not passed to f()
756         f(new int[n]);
757     }
759 Here, a crucial bit of information (the number of elements) has been so thoroughly "obscured" that static analysis is probably rendered infeasible and dynamic checking can be very difficult when `f()` is part of an ABI so that we cannot "instrument" that pointer. We could embed helpful information into the free store, but that requires global changes to a system and maybe to the compiler. What we have here is a design that makes error detection very hard.
761 ##### Example, bad
763 We can of course pass the number of elements along with the pointer:
765     // separately compiled, possibly dynamically loaded
766     extern void f2(int* p, int n);
768     void g2(int n)
769     {
770         f2(new int[n], m);  // bad: a wrong number of elements can be passed to f()
771     }
773 Passing the number of elements as an argument is better (and far more common) than just passing the pointer and relying on some (unstated) convention for knowing or discovering the number of elements. However (as shown), a simple typo can introduce a serious error. The connection between the two arguments of `f2()` is conventional, rather than explicit.
775 Also, it is implicit that `f2()` is supposed to `delete` its argument (or did the caller make a second mistake?).
777 ##### Example, bad
779 The standard library resource management pointers fail to pass the size when they point to an object:
781     // separately compiled, possibly dynamically loaded
782     // NB: this assumes the calling code is ABI-compatible, using a
783     // compatible C++ compiler and the same stdlib implementation
784     extern void f3(unique_ptr<int[]>, int n);
786     void g3(int n)
787     {
788         f3(make_unique<int[]>(n), m);    // bad: pass ownership and size separately
789     }
791 ##### Example
793 We need to pass the pointer and the number of elements as an integral object:
795     extern void f4(vector<int>&);   // separately compiled, possibly dynamically loaded
796     extern void f4(span<int>);      // separately compiled, possibly dynamically loaded
797                                     // NB: this assumes the calling code is ABI-compatible, using a
798                                     // compatible C++ compiler and the same stdlib implementation
800     void g3(int n)
801     {
802         vector<int> v(n);
803         f4(v);                     // pass a reference, retain ownership
804         f4(span<int>{v});          // pass a view, retain ownership
805     }
807 This design carries the number of elements along as an integral part of an object, so that errors are unlikely and dynamic (run-time) checking is always feasible, if not always affordable.
809 ##### Example
811 How do we transfer both ownership and all information needed for validating use?
813     vector<int> f5(int n)    // OK: move
814     {
815         vector<int> v(n);
816         // ... initialize v ...
817         return v;
818     }
820     unique_ptr<int[]> f6(int n)    // bad: loses n
821     {
822         auto p = make_unique<int[]>(n);
823         // ... initialize *p ...
824         return p;
825     }
827     owner<int*> f7(int n)    // bad: loses n and we might forget to delete
828     {
829         owner<int*> p = new int[n];
830         // ... initialize *p ...
831         return p;
832     }
834 ##### Example
836 * ???
837 * show how possible checks are avoided by interfaces that pass polymorphic base classes around, when they actually know what they need?
838   Or strings as "free-style" options
840 ##### Enforcement
842 * Flag (pointer, count)-style interfaces (this will flag a lot of examples that can't be fixed for compatibility reasons)
843 * ???
845 ### <a name="Rp-early"></a>P.7: Catch run-time errors early
847 ##### Reason
849 Avoid "mysterious" crashes.
850 Avoid errors leading to (possibly unrecognized) wrong results.
852 ##### Example
854     void increment1(int* p, int n)    // bad: error-prone
855     {
856         for (int i = 0; i < n; ++i) ++p[i];
857     }
859     void use1(int m)
860     {
861         const int n = 10;
862         int a[n] = {};
863         // ...
864         increment1(a, m);   // maybe typo, maybe m <= n is supposed
865                             // but assume that m == 20
866         // ...
867     }
869 Here we made a small error in `use1` that will lead to corrupted data or a crash.
870 The (pointer, count)-style interface leaves `increment1()` with no realistic way of defending itself against out-of-range errors.
871 If we could check subscripts for out of range access, then the error would not be discovered until `p[10]` was accessed.
872 We could check earlier and improve the code:
874     void increment2(span<int> p)
875     {
876         for (int& x : p) ++x;
877     }
879     void use2(int m)
880     {
881         const int n = 10;
882         int a[n] = {};
883         // ...
884         increment2({a, m});    // maybe typo, maybe m <= n is supposed
885         // ...
886     }
888 Now, `m <= n` can be checked at the point of call (early) rather than later.
889 If all we had was a typo so that we meant to use `n` as the bound, the code could be further simplified (eliminating the possibility of an error):
891     void use3(int m)
892     {
893         const int n = 10;
894         int a[n] = {};
895         // ...
896         increment2(a);   // the number of elements of a need not be repeated
897         // ...
898     }
900 ##### Example, bad
902 Don't repeatedly check the same value. Don't pass structured data as strings:
904     Date read_date(istream& is);    // read date from istream
906     Date extract_date(const string& s);    // extract date from string
908     void user1(const string& date)    // manipulate date
909     {
910         auto d = extract_date(date);
911         // ...
912     }
914     void user2()
915     {
916         Date d = read_date(cin);
917         // ...
918         user1(d.to_string());
919         // ...
920     }
922 The date is validated twice (by the `Date` constructor) and passed as a character string (unstructured data).
924 ##### Example
926 Excess checking can be costly.
927 There are cases where checking early is inefficient because you might never need the value, or might only need part of the value that is more easily checked than the whole.  Similarly, don't add validity checks that change the asymptotic behavior of your interface (e.g., don't add a `O(n)` check to an interface with an average complexity of `O(1)`).
929     class Jet {    // Physics says: e * e < x * x + y * y + z * z
930         float x;
931         float y;
932         float z;
933         float e;
934     public:
935         Jet(float x, float y, float z, float e)
936             :x(x), y(y), z(z), e(e)
937         {
938             // Should I check here that the values are physically meaningful?
939         }
941         float m() const
942         {
943             // Should I handle the degenerate case here?
944             return sqrt(x * x + y * y + z * z - e * e);
945         }
947         ???
948     };
950 The physical law for a jet (`e * e < x * x + y * y + z * z`) is not an invariant because of the possibility for measurement errors.
954 ##### Enforcement
956 * Look at pointers and arrays: Do range-checking early and not repeatedly
957 * Look at conversions: Eliminate or mark narrowing conversions
958 * Look for unchecked values coming from input
959 * Look for structured data (objects of classes with invariants) being converted into strings
960 * ???
962 ### <a name="Rp-leak"></a>P.8: Don't leak any resources
964 ##### Reason
966 Even a slow growth in resources will, over time, exhaust the availability of those resources.
967 This is particularly important for long-running programs, but is an essential piece of responsible programming behavior.
969 ##### Example, bad
971     void f(char* name)
972     {
973         FILE* input = fopen(name, "r");
974         // ...
975         if (something) return;   // bad: if something == true, a file handle is leaked
976         // ...
977         fclose(input);
978     }
980 Prefer [RAII](#Rr-raii):
982     void f(char* name)
983     {
984         ifstream input {name};
985         // ...
986         if (something) return;   // OK: no leak
987         // ...
988     }
990 **See also**: [The resource management section](#S-resource)
992 ##### Note
994 A leak is colloquially "anything that isn't cleaned up."
995 The more important classification is "anything that can no longer be cleaned up."
996 For example, allocating an object on the heap and then losing the last pointer that points to that allocation.
997 This rule should not be taken as requiring that allocations within long-lived objects must be returned during program shutdown.
998 For example, relying on system guaranteed cleanup such as file closing and memory deallocation upon process shutdown can simplify code.
999 However, relying on abstractions that implicitly clean up can be as simple, and often safer.
1001 ##### Note
1003 Enforcing [the lifetime safety profile](#SS-lifetime) eliminates leaks.
1004 When combined with resource safety provided by [RAII](#Rr-raii), it eliminates the need for "garbage collection" (by generating no garbage).
1005 Combine this with enforcement of [the type and bounds profiles](#SS-force) and you get complete type- and resource-safety, guaranteed by tools.
1007 ##### Enforcement
1009 * Look at pointers: Classify them into non-owners (the default) and owners.
1010   Where feasible, replace owners with standard-library resource handles (as in the example above).
1011   Alternatively, mark an owner as such using `owner` from [the GSL](#gsl-guidelines-support-library).
1012 * Look for naked `new` and `delete`
1013 * Look for known resource allocating functions returning raw pointers (such as `fopen`, `malloc`, and `strdup`)
1015 ### <a name="Rp-waste"></a>P.9: Don't waste time or space
1017 ##### Reason
1019 This is C++.
1021 ##### Note
1023 Time and space that you spend well to achieve a goal (e.g., speed of development, resource safety, or simplification of testing) is not wasted.
1024 "Another benefit of striving for efficiency is that the process forces you to understand the problem in more depth." - Alex Stepanov
1026 ##### Example, bad
1028     struct X {
1029         char ch;
1030         int i;
1031         string s;
1032         char ch2;
1034         X& operator=(const X& a);
1035         X(const X&);
1036     };
1038     X waste(const char* p)
1039     {
1040         if (!p) throw Nullptr_error{};
1041         int n = strlen(p);
1042         auto buf = new char[n];
1043         if (!buf) throw Allocation_error{};
1044         for (int i = 0; i < n; ++i) buf[i] = p[i];
1045         // ... manipulate buffer ...
1046         X x;
1047         x.ch = 'a';
1048         x.s = string(n);    // give x.s space for *p
1049         for (gsl::index i = 0; i < x.s.size(); ++i) x.s[i] = buf[i];  // copy buf into x.s
1050         delete[] buf;
1051         return x;
1052     }
1054     void driver()
1055     {
1056         X x = waste("Typical argument");
1057         // ...
1058     }
1060 Yes, this is a caricature, but we have seen every individual mistake in production code, and worse.
1061 Note that the layout of `X` guarantees that at least 6 bytes (and most likely more) are wasted.
1062 The spurious definition of copy operations disables move semantics so that the return operation is slow
1063 (please note that the Return Value Optimization, RVO, is not guaranteed here).
1064 The use of `new` and `delete` for `buf` is redundant; if we really needed a local string, we should use a local `string`.
1065 There are several more performance bugs and gratuitous complication.
1067 ##### Example, bad
1069     void lower(zstring s)
1070     {
1071         for (int i = 0; i < strlen(s); ++i) s[i] = tolower(s[i]);
1072     }
1074 This is actually an example from production code.
1075 We can see that in our condition we have `i < strlen(s)`. This expression will be evaluated on every iteration of the loop, which means that `strlen` must walk through string every loop to discover its length. While the string contents are changing, it's assumed that `tolower` will not affect the length of the string, so it's better to cache the length outside the loop and not incur that cost each iteration.
1077 ##### Note
1079 An individual example of waste is rarely significant, and where it is significant, it is typically easily eliminated by an expert.
1080 However, waste spread liberally across a code base can easily be significant and experts are not always as available as we would like.
1081 The aim of this rule (and the more specific rules that support it) is to eliminate most waste related to the use of C++ before it happens.
1082 After that, we can look at waste related to algorithms and requirements, but that is beyond the scope of these guidelines.
1084 ##### Enforcement
1086 Many more specific rules aim at the overall goals of simplicity and elimination of gratuitous waste.
1088 * Flag an unused return value from a user-defined non-defaulted postfix `operator++` or `operator--` function. Prefer using the prefix form instead. (Note: "User-defined non-defaulted" is intended to reduce noise. Review this enforcement if it's still too noisy in practice.)
1091 ### <a name="Rp-mutable"></a>P.10: Prefer immutable data to mutable data
1093 ##### Reason
1095 It is easier to reason about constants than about variables.
1096 Something immutable cannot change unexpectedly.
1097 Sometimes immutability enables better optimization.
1098 You can't have a data race on a constant.
1100 See [Con: Constants and immutability](#S-const)
1102 ### <a name="Rp-library"></a>P.11: Encapsulate messy constructs, rather than spreading through the code
1104 ##### Reason
1106 Messy code is more likely to hide bugs and harder to write.
1107 A good interface is easier and safer to use.
1108 Messy, low-level code breeds more such code.
1110 ##### Example
1112     int sz = 100;
1113     int* p = (int*) malloc(sizeof(int) * sz);
1114     int count = 0;
1115     // ...
1116     for (;;) {
1117         // ... read an int into x, exit loop if end of file is reached ...
1118         // ... check that x is valid ...
1119         if (count == sz)
1120             p = (int*) realloc(p, sizeof(int) * sz * 2);
1121         p[count++] = x;
1122         // ...
1123     }
1125 This is low-level, verbose, and error-prone.
1126 For example, we "forgot" to test for memory exhaustion.
1127 Instead, we could use `vector`:
1129     vector<int> v;
1130     v.reserve(100);
1131     // ...
1132     for (int x; cin >> x; ) {
1133         // ... check that x is valid ...
1134         v.push_back(x);
1135     }
1137 ##### Note
1139 The standards library and the GSL are examples of this philosophy.
1140 For example, instead of messing with the arrays, unions, cast, tricky lifetime issues, `gsl::owner`, etc.,
1141 that are needed to implement key abstractions, such as `vector`, `span`, `lock_guard`, and `future`, we use the libraries
1142 designed and implemented by people with more time and expertise than we usually have.
1143 Similarly, we can and should design and implement more specialized libraries, rather than leaving the users (often ourselves)
1144 with the challenge of repeatedly getting low-level code well.
1145 This is a variant of the [subset of superset principle](#R0) that underlies these guidelines.
1147 ##### Enforcement
1149 * Look for "messy code" such as complex pointer manipulation and casting outside the implementation of abstractions.
1152 ### <a name="Rp-tools"></a>P.12: Use supporting tools as appropriate
1154 ##### Reason
1156 There are many things that are done better "by machine".
1157 Computers don't tire or get bored by repetitive tasks.
1158 We typically have better things to do than repeatedly do routine tasks.
1160 ##### Example
1162 Run a static analyzer to verify that your code follows the guidelines you want it to follow.
1164 ##### Note
1168 * [Static analysis tools](https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_tools_for_static_code_analysis)
1169 * [Concurrency tools](#Rconc-tools)
1170 * [Testing tools](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/tree/master)
1172 There are many other kinds of tools, such as source code repositories, build tools, etc.,
1173 but those are beyond the scope of these guidelines.
1175 ##### Note
1177 Be careful not to become dependent on over-elaborate or over-specialized tool chains.
1178 Those can make your otherwise portable code non-portable.
1181 ### <a name="Rp-lib"></a>P.13: Use support libraries as appropriate
1183 ##### Reason
1185 Using a well-designed, well-documented, and well-supported library saves time and effort;
1186 its quality and documentation are likely to be greater than what you could do
1187 if the majority of your time must be spent on an implementation.
1188 The cost (time, effort, money, etc.) of a library can be shared over many users.
1189 A widely used library is more likely to be kept up-to-date and ported to new systems than an individual application.
1190 Knowledge of a widely-used library can save time on other/future projects.
1191 So, if a suitable library exists for your application domain, use it.
1193 ##### Example
1195     std::sort(begin(v), end(v), std::greater<>());
1197 Unless you are an expert in sorting algorithms and have plenty of time,
1198 this is more likely to be correct and to run faster than anything you write for a specific application.
1199 You need a reason not to use the standard library (or whatever foundational libraries your application uses) rather than a reason to use it.
1201 ##### Note
1203 By default use
1205 * The [ISO C++ Standard Library](#sl-the-standard-library)
1206 * The [Guidelines Support Library](#gsl-guidelines-support-library)
1208 ##### Note
1210 If no well-designed, well-documented, and well-supported library exists for an important domain,
1211 maybe you should design and implement it, and then use it.
1214 # <a name="S-interfaces"></a>I: Interfaces
1216 An interface is a contract between two parts of a program. Precisely stating what is expected of a supplier of a service and a user of that service is essential.
1217 Having good (easy-to-understand, encouraging efficient use, not error-prone, supporting testing, etc.) interfaces is probably the most important single aspect of code organization.
1219 Interface rule summary:
1221 * [I.1: Make interfaces explicit](#Ri-explicit)
1222 * [I.2: Avoid non-`const` global variables](#Ri-global)
1223 * [I.3: Avoid singletons](#Ri-singleton)
1224 * [I.4: Make interfaces precisely and strongly typed](#Ri-typed)
1225 * [I.5: State preconditions (if any)](#Ri-pre)
1226 * [I.6: Prefer `Expects()` for expressing preconditions](#Ri-expects)
1227 * [I.7: State postconditions](#Ri-post)
1228 * [I.8: Prefer `Ensures()` for expressing postconditions](#Ri-ensures)
1229 * [I.9: If an interface is a template, document its parameters using concepts](#Ri-concepts)
1230 * [I.10: Use exceptions to signal a failure to perform a required task](#Ri-except)
1231 * [I.11: Never transfer ownership by a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`)](#Ri-raw)
1232 * [I.12: Declare a pointer that must not be null as `not_null`](#Ri-nullptr)
1233 * [I.13: Do not pass an array as a single pointer](#Ri-array)
1234 * [I.22: Avoid complex initialization of global objects](#Ri-global-init)
1235 * [I.23: Keep the number of function arguments low](#Ri-nargs)
1236 * [I.24: Avoid adjacent parameters that can be invoked by the same arguments in either order with different meaning](#Ri-unrelated)
1237 * [I.25: Prefer empty abstract classes as interfaces to class hierarchies](#Ri-abstract)
1238 * [I.26: If you want a cross-compiler ABI, use a C-style subset](#Ri-abi)
1239 * [I.27: For stable library ABI, consider the Pimpl idiom](#Ri-pimpl)
1240 * [I.30: Encapsulate rule violations](#Ri-encapsulate)
1242 **See also**:
1244 * [F: Functions](#S-functions)
1245 * [C.concrete: Concrete types](#SS-concrete)
1246 * [C.hier: Class hierarchies](#SS-hier)
1247 * [C.over: Overloading and overloaded operators](#SS-overload)
1248 * [C.con: Containers and other resource handles](#SS-containers)
1249 * [E: Error handling](#S-errors)
1250 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
1252 ### <a name="Ri-explicit"></a>I.1: Make interfaces explicit
1254 ##### Reason
1256 Correctness. Assumptions not stated in an interface are easily overlooked and hard to test.
1258 ##### Example, bad
1260 Controlling the behavior of a function through a global (namespace scope) variable (a call mode) is implicit and potentially confusing. For example:
1262     int round(double d)
1263     {
1264         return (round_up) ? ceil(d) : d;    // don't: "invisible" dependency
1265     }
1267 It will not be obvious to a caller that the meaning of two calls of `round(7.2)` might give different results.
1269 ##### Exception
1271 Sometimes we control the details of a set of operations by an environment variable, e.g., normal vs. verbose output or debug vs. optimized.
1272 The use of a non-local control is potentially confusing, but controls only implementation details of otherwise fixed semantics.
1274 ##### Example, bad
1276 Reporting through non-local variables (e.g., `errno`) is easily ignored. For example:
1278     // don't: no test of fprintf's return value
1279     fprintf(connection, "logging: %d %d %d\n", x, y, s);
1281 What if the connection goes down so that no logging output is produced? See I.???.
1283 **Alternative**: Throw an exception. An exception cannot be ignored.
1285 **Alternative formulation**: Avoid passing information across an interface through non-local or implicit state.
1286 Note that non-`const` member functions pass information to other member functions through their object's state.
1288 **Alternative formulation**: An interface should be a function or a set of functions.
1289 Functions can be function templates and sets of functions can be classes or class templates.
1291 ##### Enforcement
1293 * (Simple) A function should not make control-flow decisions based on the values of variables declared at namespace scope.
1294 * (Simple) A function should not write to variables declared at namespace scope.
1296 ### <a name="Ri-global"></a>I.2: Avoid non-`const` global variables
1298 ##### Reason
1300 Non-`const` global variables hide dependencies and make the dependencies subject to unpredictable changes.
1302 ##### Example
1304     struct Data {
1305         // ... lots of stuff ...
1306     } data;            // non-const data
1308     void compute()     // don't
1309     {
1310         // ... use data ...
1311     }
1313     void output()     // don't
1314     {
1315         // ... use data ...
1316     }
1318 Who else might modify `data`?
1320 **Warning**: The initialization of global objects is not totally ordered.
1321 If you use a global object initialize it with a constant.
1322 Note that it is possible to get undefined initialization order even for `const` objects.
1324 ##### Exception
1326 A global object is often better than a singleton.
1328 ##### Note
1330 Global constants are useful.
1332 ##### Note
1334 The rule against global variables applies to namespace scope variables as well.
1336 **Alternative**: If you use global (more generally namespace scope) data to avoid copying, consider passing the data as an object by reference to `const`.
1337 Another solution is to define the data as the state of some object and the operations as member functions.
1339 **Warning**: Beware of data races: If one thread can access non-local data (or data passed by reference) while another thread executes the callee, we can have a data race.
1340 Every pointer or reference to mutable data is a potential data race.
1342 Using global pointers or references to access and change non-const, and otherwise non-global,
1343 data isn't a better alternative to non-const global variables since that doesn't solve the issues of hidden dependencies or potential race conditions.
1345 ##### Note
1347 You cannot have a race condition on immutable data.
1349 **References**: See the [rules for calling functions](#SS-call).
1351 ##### Note
1353 The rule is "avoid", not "don't use." Of course there will be (rare) exceptions, such as `cin`, `cout`, and `cerr`.
1355 ##### Enforcement
1357 (Simple) Report all non-`const` variables declared at namespace scope and global pointers/references to non-const data.
1360 ### <a name="Ri-singleton"></a>I.3: Avoid singletons
1362 ##### Reason
1364 Singletons are basically complicated global objects in disguise.
1366 ##### Example
1368     class Singleton {
1369         // ... lots of stuff to ensure that only one Singleton object is created,
1370         // that it is initialized properly, etc.
1371     };
1373 There are many variants of the singleton idea.
1374 That's part of the problem.
1376 ##### Note
1378 If you don't want a global object to change, declare it `const` or `constexpr`.
1380 ##### Exception
1382 You can use the simplest "singleton" (so simple that it is often not considered a singleton) to get initialization on first use, if any:
1384     X& myX()
1385     {
1386         static X my_x {3};
1387         return my_x;
1388     }
1390 This is one of the most effective solutions to problems related to initialization order.
1391 In a multi-threaded environment, the initialization of the static object does not introduce a race condition
1392 (unless you carelessly access a shared object from within its constructor).
1394 Note that the initialization of a local `static` does not imply a race condition.
1395 However, if the destruction of `X` involves an operation that needs to be synchronized we must use a less simple solution.
1396 For example:
1398     X& myX()
1399     {
1400         static auto p = new X {3};
1401         return *p;  // potential leak
1402     }
1404 Now someone must `delete` that object in some suitably thread-safe way.
1405 That's error-prone, so we don't use that technique unless
1407 * `myX` is in multi-threaded code,
1408 * that `X` object needs to be destroyed (e.g., because it releases a resource), and
1409 * `X`'s destructor's code needs to be synchronized.
1411 If you, as many do, define a singleton as a class for which only one object is created, functions like `myX` are not singletons, and this useful technique is not an exception to the no-singleton rule.
1413 ##### Enforcement
1415 Very hard in general.
1417 * Look for classes with names that include `singleton`.
1418 * Look for classes for which only a single object is created (by counting objects or by examining constructors).
1419 * If a class X has a public static function that contains a function-local static of the class' type X and returns a pointer or reference to it, ban that.
1421 ### <a name="Ri-typed"></a>I.4: Make interfaces precisely and strongly typed
1423 ##### Reason
1425 Types are the simplest and best documentation, improve legibility due to their well-defined meaning, and are checked at compile time.
1426 Also, precisely typed code is often optimized better.
1428 ##### Example, don't
1430 Consider:
1432     void pass(void* data);    // weak and under qualified type void* is suspicious
1434 Callers are unsure what types are allowed and if the data may
1435 be mutated as `const` is not specified. Note all pointer types
1436 implicitly convert to `void*`, so it is easy for callers to provide this value.
1438 The callee must `static_cast` data to an unverified type to use it.
1439 That is error-prone and verbose.
1441 Only use `const void*` for passing in data in designs that are indescribable in C++. Consider using a `variant` or a pointer to base instead.
1443 **Alternative**: Often, a template parameter can eliminate the `void*` turning it into a `T*` or `T&`.
1444 For generic code these `T`s can be general or concept constrained template parameters.
1446 ##### Example, bad
1448 Consider:
1450     draw_rect(100, 200, 100, 500); // what do the numbers specify?
1452     draw_rect(p.x, p.y, 10, 20); // what units are 10 and 20 in?
1454 It is clear that the caller is describing a rectangle, but it is unclear what parts they relate to. Also, an `int` can carry arbitrary forms of information, including values of many units, so we must guess about the meaning of the four `int`s. Most likely, the first two are an `x`,`y` coordinate pair, but what are the last two?
1456 Comments and parameter names can help, but we could be explicit:
1458     void draw_rectangle(Point top_left, Point bottom_right);
1459     void draw_rectangle(Point top_left, Size height_width);
1461     draw_rectangle(p, Point{10, 20});  // two corners
1462     draw_rectangle(p, Size{10, 20});   // one corner and a (height, width) pair
1464 Obviously, we cannot catch all errors through the static type system
1465 (e.g., the fact that a first argument is supposed to be a top-left point is left to convention (naming and comments)).
1467 ##### Example, bad
1469 Consider:
1471     set_settings(true, false, 42); // what do the numbers specify?
1473 The parameter types and their values do not communicate what settings are being specified or what those values mean.
1475 This design is more explicit, safe and legible:
1477     alarm_settings s{};
1478     s.enabled = true;
1479     s.displayMode = alarm_settings::mode::spinning_light;
1480     s.frequency = alarm_settings::every_10_seconds;
1481     set_settings(s);
1483 For the case of a set of boolean values consider using a flags `enum`; a pattern that expresses a set of boolean values.
1485     enable_lamp_options(lamp_option::on | lamp_option::animate_state_transitions);
1487 ##### Example, bad
1489 In the following example, it is not clear from the interface what `time_to_blink` means: Seconds? Milliseconds?
1491     void blink_led(int time_to_blink) // bad -- the unit is ambiguous
1492     {
1493         // ...
1494         // do something with time_to_blink
1495         // ...
1496     }
1498     void use()
1499     {
1500         blink_led(2);
1501     }
1503 ##### Example, good
1505 `std::chrono::duration` types helps making the unit of time duration explicit.
1507     void blink_led(milliseconds time_to_blink) // good -- the unit is explicit
1508     {
1509         // ...
1510         // do something with time_to_blink
1511         // ...
1512     }
1514     void use()
1515     {
1516         blink_led(1500ms);
1517     }
1519 The function can also be written in such a way that it will accept any time duration unit.
1521     template<class rep, class period>
1522     void blink_led(duration<rep, period> time_to_blink) // good -- accepts any unit
1523     {
1524         // assuming that millisecond is the smallest relevant unit
1525         auto milliseconds_to_blink = duration_cast<milliseconds>(time_to_blink);
1526         // ...
1527         // do something with milliseconds_to_blink
1528         // ...
1529     }
1531     void use()
1532     {
1533         blink_led(2s);
1534         blink_led(1500ms);
1535     }
1537 ##### Enforcement
1539 * (Simple) Report the use of `void*` as a parameter or return type.
1540 * (Simple) Report the use of more than one `bool` parameter.
1541 * (Hard to do well) Look for functions that use too many primitive type arguments.
1543 ### <a name="Ri-pre"></a>I.5: State preconditions (if any)
1545 ##### Reason
1547 Arguments have meaning that might constrain their proper use in the callee.
1549 ##### Example
1551 Consider:
1553     double sqrt(double x);
1555 Here `x` must be non-negative. The type system cannot (easily and naturally) express that, so we must use other means. For example:
1557     double sqrt(double x); // x must be non-negative
1559 Some preconditions can be expressed as assertions. For example:
1561     double sqrt(double x) { Expects(x >= 0); /* ... */ }
1563 Ideally, that `Expects(x >= 0)` should be part of the interface of `sqrt()` but that's not easily done. For now, we place it in the definition (function body).
1565 **References**: `Expects()` is described in [GSL](#gsl-guidelines-support-library).
1567 ##### Note
1569 Prefer a formal specification of requirements, such as `Expects(p);`.
1570 If that is infeasible, use English text in comments, such as `// the sequence [p:q) is ordered using <`.
1572 ##### Note
1574 Most member functions have as a precondition that some class invariant holds.
1575 That invariant is established by a constructor and must be reestablished upon exit by every member function called from outside the class.
1576 We don't need to mention it for each member function.
1578 ##### Enforcement
1580 (Not enforceable)
1582 **See also**: The rules for passing pointers. ???
1584 ### <a name="Ri-expects"></a>I.6: Prefer `Expects()` for expressing preconditions
1586 ##### Reason
1588 To make it clear that the condition is a precondition and to enable tool use.
1590 ##### Example
1592     int area(int height, int width)
1593     {
1594         Expects(height > 0 && width > 0);            // good
1595         if (height <= 0 || width <= 0) my_error();   // obscure
1596         // ...
1597     }
1599 ##### Note
1601 Preconditions can be stated in many ways, including comments, `if`-statements, and `assert()`.
1602 This can make them hard to distinguish from ordinary code, hard to update, hard to manipulate by tools, and might have the wrong semantics (do you always want to abort in debug mode and check nothing in productions runs?).
1604 ##### Note
1606 Preconditions should be part of the interface rather than part of the implementation,
1607 but we don't yet have the language facilities to do that.
1608 Once language support becomes available (e.g., see the [contract proposal](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0380r1.pdf)) we will adopt the standard version of preconditions, postconditions, and assertions.
1610 ##### Note
1612 `Expects()` can also be used to check a condition in the middle of an algorithm.
1614 ##### Note
1616 No, using `unsigned` is not a good way to sidestep the problem of [ensuring that a value is non-negative](#Res-nonnegative).
1618 ##### Enforcement
1620 (Not enforceable) Finding the variety of ways preconditions can be asserted is not feasible. Warning about those that can be easily identified (`assert()`) has questionable value in the absence of a language facility.
1622 ### <a name="Ri-post"></a>I.7: State postconditions
1624 ##### Reason
1626 To detect misunderstandings about the result and possibly catch erroneous implementations.
1628 ##### Example, bad
1630 Consider:
1632     int area(int height, int width) { return height * width; }  // bad
1634 Here, we (incautiously) left out the precondition specification, so it is not explicit that height and width must be positive.
1635 We also left out the postcondition specification, so it is not obvious that the algorithm (`height * width`) is wrong for areas larger than the largest integer.
1636 Overflow can happen.
1637 Consider using:
1639     int area(int height, int width)
1640     {
1641         auto res = height * width;
1642         Ensures(res > 0);
1643         return res;
1644     }
1646 ##### Example, bad
1648 Consider a famous security bug:
1650     void f()    // problematic
1651     {
1652         char buffer[MAX];
1653         // ...
1654         memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
1655     }
1657 There was no postcondition stating that the buffer should be cleared and the optimizer eliminated the apparently redundant `memset()` call:
1659     void f()    // better
1660     {
1661         char buffer[MAX];
1662         // ...
1663         memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
1664         Ensures(buffer[0] == 0);
1665     }
1667 ##### Note
1669 Postconditions are often informally stated in a comment that states the purpose of a function; `Ensures()` can be used to make this more systematic, visible, and checkable.
1671 ##### Note
1673 Postconditions are especially important when they relate to something that is not directly reflected in a returned result, such as a state of a data structure used.
1675 ##### Example
1677 Consider a function that manipulates a `Record`, using a `mutex` to avoid race conditions:
1679     mutex m;
1681     void manipulate(Record& r)    // don't
1682     {
1683         m.lock();
1684         // ... no m.unlock() ...
1685     }
1687 Here, we "forgot" to state that the `mutex` should be released, so we don't know if the failure to ensure release of the `mutex` was a bug or a feature.
1688 Stating the postcondition would have made it clear:
1690     void manipulate(Record& r)    // postcondition: m is unlocked upon exit
1691     {
1692         m.lock();
1693         // ... no m.unlock() ...
1694     }
1696 The bug is now obvious (but only to a human reading comments).
1698 Better still, use [RAII](#Rr-raii) to ensure that the postcondition ("the lock must be released") is enforced in code:
1700     void manipulate(Record& r)    // best
1701     {
1702         lock_guard<mutex> _ {m};
1703         // ...
1704     }
1706 ##### Note
1708 Ideally, postconditions are stated in the interface/declaration so that users can easily see them.
1709 Only postconditions related to the users can be stated in the interface.
1710 Postconditions related only to internal state belongs in the definition/implementation.
1712 ##### Enforcement
1714 (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check
1715 directly in the general case. Domain specific checkers (like lock-holding
1716 checkers) exist for many toolchains.
1718 ### <a name="Ri-ensures"></a>I.8: Prefer `Ensures()` for expressing postconditions
1720 ##### Reason
1722 To make it clear that the condition is a postcondition and to enable tool use.
1724 ##### Example
1726     void f()
1727     {
1728         char buffer[MAX];
1729         // ...
1730         memset(buffer, 0, MAX);
1731         Ensures(buffer[0] == 0);
1732     }
1734 ##### Note
1736 Postconditions can be stated in many ways, including comments, `if`-statements, and `assert()`.
1737 This can make them hard to distinguish from ordinary code, hard to update, hard to manipulate by tools, and might have the wrong semantics.
1739 **Alternative**: Postconditions of the form "this resource must be released" are best expressed by [RAII](#Rr-raii).
1741 ##### Note
1743 Ideally, that `Ensures` should be part of the interface, but that's not easily done.
1744 For now, we place it in the definition (function body).
1745 Once language support becomes available (e.g., see the [contract proposal](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0380r1.pdf)) we will adopt the standard version of preconditions, postconditions, and assertions.
1747 ##### Enforcement
1749 (Not enforceable) Finding the variety of ways postconditions can be asserted is not feasible. Warning about those that can be easily identified (`assert()`) has questionable value in the absence of a language facility.
1751 ### <a name="Ri-concepts"></a>I.9: If an interface is a template, document its parameters using concepts
1753 ##### Reason
1755 Make the interface precisely specified and compile-time checkable in the (not so distant) future.
1757 ##### Example
1759 Use the C++20 style of requirements specification. For example:
1761     template<typename Iter, typename Val>
1762       requires input_iterator<Iter> && equality_comparable_with<iter_value_t<Iter>, Val>
1763     Iter find(Iter first, Iter last, Val v)
1764     {
1765         // ...
1766     }
1768 **See also**: [Generic programming](#SS-GP) and [concepts](#SS-concepts).
1770 ##### Enforcement
1772 Warn if any non-variadic template parameter is not constrained by a concept (in its declaration or mentioned in a `requires` clause).
1774 ### <a name="Ri-except"></a>I.10: Use exceptions to signal a failure to perform a required task
1776 ##### Reason
1778 It should not be possible to ignore an error because that could leave the system or a computation in an undefined (or unexpected) state.
1779 This is a major source of errors.
1781 ##### Example
1783     int printf(const char* ...);    // bad: return negative number if output fails
1785     template<class F, class ...Args>
1786     // good: throw system_error if unable to start the new thread
1787     explicit thread(F&& f, Args&&... args);
1789 ##### Note
1791 What is an error?
1793 An error means that the function cannot achieve its advertised purpose (including establishing postconditions).
1794 Calling code that ignores an error could lead to wrong results or undefined systems state.
1795 For example, not being able to connect to a remote server is not by itself an error:
1796 the server can refuse a connection for all kinds of reasons, so the natural thing is to return a result that the caller should always check.
1797 However, if failing to make a connection is considered an error, then a failure should throw an exception.
1799 ##### Exception
1801 Many traditional interface functions (e.g., UNIX signal handlers) use error codes (e.g., `errno`) to report what are really status codes, rather than errors. You don't have a good alternative to using such, so calling these does not violate the rule.
1803 ##### Alternative
1805 If you can't use exceptions (e.g., because your code is full of old-style raw-pointer use or because there are hard-real-time constraints), consider using a style that returns a pair of values:
1807     int val;
1808     int error_code;
1809     tie(val, error_code) = do_something();
1810     if (error_code) {
1811         // ... handle the error or exit ...
1812     }
1813     // ... use val ...
1815 This style unfortunately leads to uninitialized variables.
1816 Since C++17 the "structured bindings" feature can be used to initialize variables directly from the return value:
1818     auto [val, error_code] = do_something();
1819     if (error_code) {
1820         // ... handle the error or exit ...
1821     }
1822     // ... use val ...
1824 ##### Note
1826 We don't consider "performance" a valid reason not to use exceptions.
1828 * Often, explicit error checking and handling consume as much time and space as exception handling.
1829 * Often, cleaner code yields better performance with exceptions (simplifying the tracing of paths through the program and their optimization).
1830 * A good rule for performance critical code is to move checking outside the [critical](#Rper-critical) part of the code.
1831 * In the longer term, more regular code gets better optimized.
1832 * Always carefully [measure](#Rper-measure) before making performance claims.
1834 **See also**: [I.5](#Ri-pre) and [I.7](#Ri-post) for reporting precondition and postcondition violations.
1836 ##### Enforcement
1838 * (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly.
1839 * Look for `errno`.
1841 ### <a name="Ri-raw"></a>I.11: Never transfer ownership by a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`)
1843 ##### Reason
1845 If there is any doubt whether the caller or the callee owns an object, leaks or premature destruction will occur.
1847 ##### Example
1849 Consider:
1851     X* compute(args)    // don't
1852     {
1853         X* res = new X{};
1854         // ...
1855         return res;
1856     }
1858 Who deletes the returned `X`? The problem would be harder to spot if `compute` returned a reference.
1859 Consider returning the result by value (use move semantics if the result is large):
1861     vector<double> compute(args)  // good
1862     {
1863         vector<double> res(10000);
1864         // ...
1865         return res;
1866     }
1868 **Alternative**: [Pass ownership](#Rr-smartptrparam) using a "smart pointer", such as `unique_ptr` (for exclusive ownership) and `shared_ptr` (for shared ownership).
1869 However, that is less elegant and often less efficient than returning the object itself,
1870 so use smart pointers only if reference semantics are needed.
1872 **Alternative**: Sometimes older code can't be modified because of ABI compatibility requirements or lack of resources.
1873 In that case, mark owning pointers using `owner` from the [guidelines support library](#gsl-guidelines-support-library):
1875     owner<X*> compute(args)    // It is now clear that ownership is transferred
1876     {
1877         owner<X*> res = new X{};
1878         // ...
1879         return res;
1880     }
1882 This tells analysis tools that `res` is an owner.
1883 That is, its value must be `delete`d or transferred to another owner, as is done here by the `return`.
1885 `owner` is used similarly in the implementation of resource handles.
1887 ##### Note
1889 Every object passed as a raw pointer (or iterator) is assumed to be owned by the
1890 caller, so that its lifetime is handled by the caller. Viewed another way:
1891 ownership transferring APIs are relatively rare compared to pointer-passing APIs,
1892 so the default is "no ownership transfer."
1894 **See also**: [Argument passing](#Rf-conventional), [use of smart pointer arguments](#Rr-smartptrparam), and [value return](#Rf-value-return).
1896 ##### Enforcement
1898 * (Simple) Warn on `delete` of a raw pointer that is not an `owner<T>`. Suggest use of standard-library resource handle or use of `owner<T>`.
1899 * (Simple) Warn on failure to either `reset` or explicitly `delete` an `owner` pointer on every code path.
1900 * (Simple) Warn if the return value of `new` or a function call with an `owner` return value is assigned to a raw pointer or non-`owner` reference.
1902 ### <a name="Ri-nullptr"></a>I.12: Declare a pointer that must not be null as `not_null`
1904 ##### Reason
1906 To help avoid dereferencing `nullptr` errors.
1907 To improve performance by avoiding redundant checks for `nullptr`.
1909 ##### Example
1911     int length(const char* p);            // it is not clear whether length(nullptr) is valid
1913     length(nullptr);                      // OK?
1915     int length(not_null<const char*> p);  // better: we can assume that p cannot be nullptr
1917     int length(const char* p);            // we must assume that p can be nullptr
1919 By stating the intent in source, implementers and tools can provide better diagnostics, such as finding some classes of errors through static analysis, and perform optimizations, such as removing branches and null tests.
1921 ##### Note
1923 `not_null` is defined in the [guidelines support library](#gsl-guidelines-support-library).
1925 ##### Note
1927 The assumption that the pointer to `char` pointed to a C-style string (a zero-terminated string of characters) was still implicit, and a potential source of confusion and errors. Use `czstring` in preference to `const char*`.
1929     // we can assume that p cannot be nullptr
1930     // we can assume that p points to a zero-terminated array of characters
1931     int length(not_null<czstring> p);
1933 Note: `length()` is, of course, `std::strlen()` in disguise.
1935 ##### Enforcement
1937 * (Simple) ((Foundation)) If a function checks a pointer parameter against `nullptr` before access, on all control-flow paths, then warn it should be declared `not_null`.
1938 * (Complex) If a function with pointer return value ensures it is not `nullptr` on all return paths, then warn the return type should be declared `not_null`.
1940 ### <a name="Ri-array"></a>I.13: Do not pass an array as a single pointer
1942 ##### Reason
1944  (pointer, size)-style interfaces are error-prone. Also, a plain pointer (to array) must rely on some convention to allow the callee to determine the size.
1946 ##### Example
1948 Consider:
1950     void copy_n(const T* p, T* q, int n); // copy from [p:p+n) to [q:q+n)
1952 What if there are fewer than `n` elements in the array pointed to by `q`? Then, we overwrite some probably unrelated memory.
1953 What if there are fewer than `n` elements in the array pointed to by `p`? Then, we read some probably unrelated memory.
1954 Either is undefined behavior and a potentially very nasty bug.
1956 ##### Alternative
1958 Consider using explicit spans:
1960     void copy(span<const T> r, span<T> r2); // copy r to r2
1962 ##### Example, bad
1964 Consider:
1966     void draw(Shape* p, int n);  // poor interface; poor code
1967     Circle arr[10];
1968     // ...
1969     draw(arr, 10);
1971 Passing `10` as the `n` argument might be a mistake: the most common convention is to assume `[0:n)` but that is nowhere stated. Worse is that the call of `draw()` compiled at all: there was an implicit conversion from array to pointer (array decay) and then another implicit conversion from `Circle` to `Shape`. There is no way that `draw()` can safely iterate through that array: it has no way of knowing the size of the elements.
1973 **Alternative**: Use a support class that ensures that the number of elements is correct and prevents dangerous implicit conversions. For example:
1975     void draw2(span<Circle>);
1976     Circle arr[10];
1977     // ...
1978     draw2(span<Circle>(arr));  // deduce the number of elements
1979     draw2(arr);    // deduce the element type and array size
1981     void draw3(span<Shape>);
1982     draw3(arr);    // error: cannot convert Circle[10] to span<Shape>
1984 This `draw2()` passes the same amount of information to `draw()`, but makes the fact that it is supposed to be a range of `Circle`s explicit. See ???.
1986 ##### Exception
1988 Use `zstring` and `czstring` to represent C-style, zero-terminated strings.
1989 But when doing so, use `std::string_view` or `span<char>` from the [GSL](#gsl-guidelines-support-library) to prevent range errors.
1991 ##### Enforcement
1993 * (Simple) ((Bounds)) Warn for any expression that would rely on implicit conversion of an array type to a pointer type. Allow exception for zstring/czstring pointer types.
1994 * (Simple) ((Bounds)) Warn for any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type. Allow exception for zstring/czstring pointer types.
1996 ### <a name="Ri-global-init"></a>I.22: Avoid complex initialization of global objects
1998 ##### Reason
2000 Complex initialization can lead to undefined order of execution.
2002 ##### Example
2004     // file1.c
2006     extern const X x;
2008     const Y y = f(x);   // read x; write y
2010     // file2.c
2012     extern const Y y;
2014     const X x = g(y);   // read y; write x
2016 Since `x` and `y` are in different translation units the order of calls to `f()` and `g()` is undefined;
2017 one will access an uninitialized `const`.
2018 This shows that the order-of-initialization problem for global (namespace scope) objects is not limited to global *variables*.
2020 ##### Note
2022 Order of initialization problems become particularly difficult to handle in concurrent code.
2023 It is usually best to avoid global (namespace scope) objects altogether.
2025 ##### Enforcement
2027 * Flag initializers of globals that call non-`constexpr` functions
2028 * Flag initializers of globals that access `extern` objects
2030 ### <a name="Ri-nargs"></a>I.23: Keep the number of function arguments low
2032 ##### Reason
2034 Having many arguments opens opportunities for confusion. Passing lots of arguments is often costly compared to alternatives.
2036 ##### Discussion
2038 The two most common reasons why functions have too many parameters are:
2040 1. *Missing an abstraction.*
2041    There is an abstraction missing, so that a compound value is being
2042    passed as individual elements instead of as a single object that enforces an invariant.
2043    This not only expands the parameter list, but it leads to errors because the component values
2044    are no longer protected by an enforced invariant.
2046 2. *Violating "one function, one responsibility."*
2047    The function is trying to do more than one job and should probably be refactored.
2049 ##### Example
2051 The standard-library `merge()` is at the limit of what we can comfortably handle:
2053     template<class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator, class Compare>
2054     OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
2055                          InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
2056                          OutputIterator result, Compare comp);
2058 Note that this is because of problem 1 above -- missing abstraction. Instead of passing a range (abstraction), STL passed iterator pairs (unencapsulated component values).
2060 Here, we have four template arguments and six function arguments.
2061 To simplify the most frequent and simplest uses, the comparison argument can be defaulted to `<`:
2063     template<class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator>
2064     OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
2065                          InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
2066                          OutputIterator result);
2068 This doesn't reduce the total complexity, but it reduces the surface complexity presented to many users.
2069 To really reduce the number of arguments, we need to bundle the arguments into higher-level abstractions:
2071     template<class InputRange1, class InputRange2, class OutputIterator>
2072     OutputIterator merge(InputRange1 r1, InputRange2 r2, OutputIterator result);
2074 Grouping arguments into "bundles" is a general technique to reduce the number of arguments and to increase the opportunities for checking.
2076 Alternatively, we could use a standard library concept to define the notion of three types that must be usable for merging:
2078     template<class In1, class In2, class Out>
2079       requires mergeable<In1, In2, Out>
2080     Out merge(In1 r1, In2 r2, Out result);
2082 ##### Example
2084 The safety Profiles recommend replacing
2086     void f(int* some_ints, int some_ints_length);  // BAD: C style, unsafe
2088 with
2090     void f(gsl::span<int> some_ints);              // GOOD: safe, bounds-checked
2092 Here, using an abstraction has safety and robustness benefits, and naturally also reduces the number of parameters.
2094 ##### Note
2096 How many parameters are too many? Try to use fewer than four (4) parameters.
2097 There are functions that are best expressed with four individual parameters, but not many.
2099 **Alternative**: Use better abstraction: Group arguments into meaningful objects and pass the objects (by value or by reference).
2101 **Alternative**: Use default arguments or overloads to allow the most common forms of calls to be done with fewer arguments.
2103 ##### Enforcement
2105 * Warn when a function declares two iterators (including pointers) of the same type instead of a range or a view.
2106 * (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly.
2108 ### <a name="Ri-unrelated"></a>I.24: Avoid adjacent parameters that can be invoked by the same arguments in either order with different meaning
2110 ##### Reason
2112 Adjacent arguments of the same type are easily swapped by mistake.
2114 ##### Example, bad
2116 Consider:
2118     void copy_n(T* p, T* q, int n);  // copy from [p:p + n) to [q:q + n)
2120 This is a nasty variant of a K&R C-style interface. It is easy to reverse the "to" and "from" arguments.
2122 Use `const` for the "from" argument:
2124     void copy_n(const T* p, T* q, int n);  // copy from [p:p + n) to [q:q + n)
2126 ##### Exception
2128 If the order of the parameters is not important, there is no problem:
2130     int max(int a, int b);
2132 ##### Alternative
2134 Don't pass arrays as pointers, pass an object representing a range (e.g., a `span`):
2136     void copy_n(span<const T> p, span<T> q);  // copy from p to q
2138 ##### Alternative
2140 Define a `struct` as the parameter type and name the fields for those parameters accordingly:
2142     struct SystemParams {
2143         string config_file;
2144         string output_path;
2145         seconds timeout;
2146     };
2147     void initialize(SystemParams p);
2149 This tends to make invocations of this clear to future readers, as the parameters
2150 are often filled in by name at the call site.
2152 ##### Note
2154 Only the interface's designer can adequately address the source of violations of this guideline.
2156 ##### Enforcement strategy
2158 (Simple) Warn if two consecutive parameters share the same type
2160 We are still looking for a less-simple enforcement.
2162 ### <a name="Ri-abstract"></a>I.25: Prefer empty abstract classes as interfaces to class hierarchies
2164 ##### Reason
2166 Abstract classes that are empty (have no non-static member data) are more likely to be stable than base classes with state.
2168 ##### Example, bad
2170 You just knew that `Shape` would turn up somewhere :-)
2172     class Shape {  // bad: interface class loaded with data
2173     public:
2174         Point center() const { return c; }
2175         virtual void draw() const;
2176         virtual void rotate(int);
2177         // ...
2178     private:
2179         Point c;
2180         vector<Point> outline;
2181         Color col;
2182     };
2184 This will force every derived class to compute a center -- even if that's non-trivial and the center is never used. Similarly, not every `Shape` has a `Color`, and many `Shape`s are best represented without an outline defined as a sequence of `Point`s. Using an abstract class is better:
2186     class Shape {    // better: Shape is a pure interface
2187     public:
2188         virtual Point center() const = 0;   // pure virtual functions
2189         virtual void draw() const = 0;
2190         virtual void rotate(int) = 0;
2191         // ...
2192         // ... no data members ...
2193         // ...
2194         virtual ~Shape() = default;
2195     };
2197 ##### Enforcement
2199 (Simple) Warn if a pointer/reference to a class `C` is assigned to a pointer/reference to a base of `C` and the base class contains data members.
2201 ### <a name="Ri-abi"></a>I.26: If you want a cross-compiler ABI, use a C-style subset
2203 ##### Reason
2205 Different compilers implement different binary layouts for classes, exception handling, function names, and other implementation details.
2207 ##### Exception
2209 Common ABIs are emerging on some platforms freeing you from the more draconian restrictions.
2211 ##### Note
2213 If you use a single compiler, you can use full C++ in interfaces. That might require recompilation after an upgrade to a new compiler version.
2215 ##### Enforcement
2217 (Not enforceable) It is difficult to reliably identify where an interface forms part of an ABI.
2219 ### <a name="Ri-pimpl"></a>I.27: For stable library ABI, consider the Pimpl idiom
2221 ##### Reason
2223 Because private data members participate in class layout and private member functions participate in overload resolution, changes to those
2224 implementation details require recompilation of all users of a class that uses them. A non-polymorphic interface class holding a pointer to
2225 implementation (Pimpl) can isolate the users of a class from changes in its implementation at the cost of an indirection.
2227 ##### Example
2229 interface (widget.h)
2231     class widget {
2232         class impl;
2233         std::unique_ptr<impl> pimpl;
2234     public:
2235         void draw(); // public API that will be forwarded to the implementation
2236         widget(int); // defined in the implementation file
2237         ~widget();   // defined in the implementation file, where impl is a complete type
2238         widget(widget&&) noexcept; // defined in the implementation file
2239         widget(const widget&) = delete;
2240         widget& operator=(widget&&) noexcept; // defined in the implementation file
2241         widget& operator=(const widget&) = delete;
2242     };
2245 implementation (widget.cpp)
2247     class widget::impl {
2248         int n; // private data
2249     public:
2250         void draw(const widget& w) { /* ... */ }
2251         impl(int n) : n(n) {}
2252     };
2253     void widget::draw() { pimpl->draw(*this); }
2254     widget::widget(int n) : pimpl{std::make_unique<impl>(n)} {}
2255     widget::widget(widget&&) noexcept = default;
2256     widget::~widget() = default;
2257     widget& widget::operator=(widget&&) noexcept = default;
2259 ##### Notes
2261 See [GOTW #100](https://herbsutter.com/gotw/_100/) and [cppreference](http://en.cppreference.com/w/cpp/language/pimpl) for the trade-offs and additional implementation details associated with this idiom.
2263 ##### Enforcement
2265 (Not enforceable) It is difficult to reliably identify where an interface forms part of an ABI.
2267 ### <a name="Ri-encapsulate"></a>I.30: Encapsulate rule violations
2269 ##### Reason
2271 To keep code simple and safe.
2272 Sometimes, ugly, unsafe, or error-prone techniques are necessary for logical or performance reasons.
2273 If so, keep them local, rather than "infecting" interfaces so that larger groups of programmers have to be aware of the
2274 subtleties.
2275 Implementation complexity should, if at all possible, not leak through interfaces into user code.
2277 ##### Example
2279 Consider a program that, depending on some form of input (e.g., arguments to `main`), should consume input
2280 from a file, from the command line, or from standard input.
2281 We might write
2283     bool owned;
2284     owner<istream*> inp;
2285     switch (source) {
2286     case std_in:        owned = false; inp = &cin;                       break;
2287     case command_line:  owned = true;  inp = new istringstream{argv[2]}; break;
2288     case file:          owned = true;  inp = new ifstream{argv[2]};      break;
2289     }
2290     istream& in = *inp;
2292 This violated the rule [against uninitialized variables](#Res-always),
2293 the rule against [ignoring ownership](#Ri-raw),
2294 and the rule [against magic constants](#Res-magic).
2295 In particular, someone has to remember to somewhere write
2297     if (owned) delete inp;
2299 We could handle this particular example by using `unique_ptr` with a special deleter that does nothing for `cin`,
2300 but that's complicated for novices (who can easily encounter this problem) and the example is an example of a more general
2301 problem where a property that we would like to consider static (here, ownership) needs infrequently be addressed
2302 at run time.
2303 The common, most frequent, and safest examples can be handled statically, so we don't want to add cost and complexity to those.
2304 But we must also cope with the uncommon, less-safe, and necessarily more expensive cases.
2305 Such examples are discussed in [[Str15]](http://www.stroustrup.com/resource-model.pdf).
2307 So, we write a class
2309     class Istream { [[gsl::suppress("lifetime")]]
2310     public:
2311         enum Opt { from_line = 1 };
2312         Istream() { }
2313         Istream(czstring p) : owned{true}, inp{new ifstream{p}} {}            // read from file
2314         Istream(czstring p, Opt) : owned{true}, inp{new istringstream{p}} {}  // read from command line
2315         ~Istream() { if (owned) delete inp; }
2316         operator istream&() { return *inp; }
2317     private:
2318         bool owned = false;
2319         istream* inp = &cin;
2320     };
2322 Now, the dynamic nature of `istream` ownership has been encapsulated.
2323 Presumably, a bit of checking for potential errors would be added in real code.
2325 ##### Enforcement
2327 * Hard, it is hard to decide what rule-breaking code is essential
2328 * Flag rule suppression that enable rule-violations to cross interfaces
2330 # <a name="S-functions"></a>F: Functions
2332 A function specifies an action or a computation that takes the system from one consistent state to the next. It is the fundamental building block of programs.
2334 It should be possible to name a function meaningfully, to specify the requirements of its argument, and clearly state the relationship between the arguments and the result. An implementation is not a specification. Try to think about what a function does as well as about how it does it.
2335 Functions are the most critical part in most interfaces, so see the interface rules.
2337 Function rule summary:
2339 Function definition rules:
2341 * [F.1: "Package" meaningful operations as carefully named functions](#Rf-package)
2342 * [F.2: A function should perform a single logical operation](#Rf-logical)
2343 * [F.3: Keep functions short and simple](#Rf-single)
2344 * [F.4: If a function might have to be evaluated at compile time, declare it `constexpr`](#Rf-constexpr)
2345 * [F.5: If a function is very small and time-critical, declare it inline](#Rf-inline)
2346 * [F.6: If your function must not throw, declare it `noexcept`](#Rf-noexcept)
2347 * [F.7: For general use, take `T*` or `T&` arguments rather than smart pointers](#Rf-smart)
2348 * [F.8: Prefer pure functions](#Rf-pure)
2349 * [F.9: Unused parameters should be unnamed](#Rf-unused)
2350 * [F.10: If an operation can be reused, give it a name](#Rf-name)
2351 * [F.11: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only](#Rf-lambda)
2353 Parameter passing expression rules:
2355 * [F.15: Prefer simple and conventional ways of passing information](#Rf-conventional)
2356 * [F.16: For "in" parameters, pass cheaply-copied types by value and others by reference to `const`](#Rf-in)
2357 * [F.17: For "in-out" parameters, pass by reference to non-`const`](#Rf-inout)
2358 * [F.18: For "will-move-from" parameters, pass by `X&&` and `std::move` the parameter](#Rf-consume)
2359 * [F.19: For "forward" parameters, pass by `TP&&` and only `std::forward` the parameter](#Rf-forward)
2360 * [F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters](#Rf-out)
2361 * [F.21: To return multiple "out" values, prefer returning a struct](#Rf-out-multi)
2362 * [F.60: Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option](#Rf-ptr-ref)
2364 Parameter passing semantic rules:
2366 * [F.22: Use `T*` or `owner<T*>` to designate a single object](#Rf-ptr)
2367 * [F.23: Use a `not_null<T>` to indicate that "null" is not a valid value](#Rf-nullptr)
2368 * [F.24: Use a `span<T>` or a `span_p<T>` to designate a half-open sequence](#Rf-range)
2369 * [F.25: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string](#Rf-zstring)
2370 * [F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed](#Rf-unique_ptr)
2371 * [F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership](#Rf-shared_ptr)
2373 <a name="Rf-value-return"></a>Value return semantic rules:
2375 * [F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)](#Rf-return-ptr)
2376 * [F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer or a reference to a local object](#Rf-dangle)
2377 * [F.44: Return a `T&` when copy is undesirable and "returning no object" isn't needed](#Rf-return-ref)
2378 * [F.45: Don't return a `T&&`](#Rf-return-ref-ref)
2379 * [F.46: `int` is the return type for `main()`](#Rf-main)
2380 * [F.47: Return `T&` from assignment operators](#Rf-assignment-op)
2381 * [F.48: Don't return `std::move(local)`](#Rf-return-move-local)
2382 * [F.49: Don't return `const T`](#Rf-return-const)
2384 Other function rules:
2386 * [F.50: Use a lambda when a function won't do (to capture local variables, or to write a local function)](#Rf-capture-vs-overload)
2387 * [F.51: Where there is a choice, prefer default arguments over overloading](#Rf-default-args)
2388 * [F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms](#Rf-reference-capture)
2389 * [F.53: Avoid capturing by reference in lambdas that will be used non-locally, including returned, stored on the heap, or passed to another thread](#Rf-value-capture)
2390 * [F.54: When writing a lambda that captures `this` or any class data member, don't use `[=]` default capture](#Rf-this-capture)
2391 * [F.55: Don't use `va_arg` arguments](#F-varargs)
2392 * [F.56: Avoid unnecessary condition nesting](#F-nesting)
2394 Functions have strong similarities to lambdas and function objects.
2396 **See also**: [C.lambdas: Function objects and lambdas](#SS-lambdas)
2398 ## <a name="SS-fct-def"></a>F.def: Function definitions
2400 A function definition is a function declaration that also specifies the function's implementation, the function body.
2402 ### <a name="Rf-package"></a>F.1: "Package" meaningful operations as carefully named functions
2404 ##### Reason
2406 Factoring out common code makes code more readable, more likely to be reused, and limit errors from complex code.
2407 If something is a well-specified action, separate it out from its surrounding code and give it a name.
2409 ##### Example, don't
2411     void read_and_print(istream& is)    // read and print an int
2412     {
2413         int x;
2414         if (is >> x)
2415             cout << "the int is " << x << '\n';
2416         else
2417             cerr << "no int on input\n";
2418     }
2420 Almost everything is wrong with `read_and_print`.
2421 It reads, it writes (to a fixed `ostream`), it writes error messages (to a fixed `ostream`), it handles only `int`s.
2422 There is nothing to reuse, logically separate operations are intermingled and local variables are in scope after the end of their logical use.
2423 For a tiny example, this looks OK, but if the input operation, the output operation, and the error handling had been more complicated the tangled
2424 mess could become hard to understand.
2426 ##### Note
2428 If you write a non-trivial lambda that potentially can be used in more than one place, give it a name by assigning it to a (usually non-local) variable.
2430 ##### Example
2432     sort(a, b, [](T x, T y) { return x.rank() < y.rank() && x.value() < y.value(); });
2434 Naming that lambda breaks up the expression into its logical parts and provides a strong hint to the meaning of the lambda.
2436     auto lessT = [](T x, T y) { return x.rank() < y.rank() && x.value() < y.value(); };
2438     sort(a, b, lessT);
2440 The shortest code is not always the best for performance or maintainability.
2442 ##### Exception
2444 Loop bodies, including lambdas used as loop bodies, rarely need to be named.
2445 However, large loop bodies (e.g., dozens of lines or dozens of pages) can be a problem.
2446 The rule [Keep functions short and simple](#Rf-single) implies "Keep loop bodies short."
2447 Similarly, lambdas used as callback arguments are sometimes non-trivial, yet unlikely to be reusable.
2449 ##### Enforcement
2451 * See [Keep functions short and simple](#Rf-single)
2452 * Flag identical and very similar lambdas used in different places.
2454 ### <a name="Rf-logical"></a>F.2: A function should perform a single logical operation
2456 ##### Reason
2458 A function that performs a single operation is simpler to understand, test, and reuse.
2460 ##### Example
2462 Consider:
2464     void read_and_print()    // bad
2465     {
2466         int x;
2467         cin >> x;
2468         // check for errors
2469         cout << x << "\n";
2470     }
2472 This is a monolith that is tied to a specific input and will never find another (different) use. Instead, break functions up into suitable logical parts and parameterize:
2474     int read(istream& is)    // better
2475     {
2476         int x;
2477         is >> x;
2478         // check for errors
2479         return x;
2480     }
2482     void print(ostream& os, int x)
2483     {
2484         os << x << "\n";
2485     }
2487 These can now be combined where needed:
2489     void read_and_print()
2490     {
2491         auto x = read(cin);
2492         print(cout, x);
2493     }
2495 If there was a need, we could further templatize `read()` and `print()` on the data type, the I/O mechanism, the response to errors, etc. Example:
2497     auto read = [](auto& input, auto& value)    // better
2498     {
2499         input >> value;
2500         // check for errors
2501     };
2503     void print(auto& output, const auto& value)
2504     {
2505         output << value << "\n";
2506     }
2508 ##### Enforcement
2510 * Consider functions with more than one "out" parameter suspicious. Use return values instead, including `tuple` for multiple return values.
2511 * Consider "large" functions that don't fit on one editor screen suspicious. Consider factoring such a function into smaller well-named suboperations.
2512 * Consider functions with 7 or more parameters suspicious.
2514 ### <a name="Rf-single"></a>F.3: Keep functions short and simple
2516 ##### Reason
2518 Large functions are hard to read, more likely to contain complex code, and more likely to have variables in larger than minimal scopes.
2519 Functions with complex control structures are more likely to be long and more likely to hide logical errors
2521 ##### Example
2523 Consider:
2525     double simple_func(double val, int flag1, int flag2)
2526         // simple_func: takes a value and calculates the expected ASIC output,
2527         // given the two mode flags.
2528     {
2529         double intermediate;
2530         if (flag1 > 0) {
2531             intermediate = func1(val);
2532             if (flag2 % 2)
2533                  intermediate = sqrt(intermediate);
2534         }
2535         else if (flag1 == -1) {
2536             intermediate = func1(-val);
2537             if (flag2 % 2)
2538                  intermediate = sqrt(-intermediate);
2539             flag1 = -flag1;
2540         }
2541         if (abs(flag2) > 10) {
2542             intermediate = func2(intermediate);
2543         }
2544         switch (flag2 / 10) {
2545         case 1: if (flag1 == -1) return finalize(intermediate, 1.171);
2546                 break;
2547         case 2: return finalize(intermediate, 13.1);
2548         default: break;
2549         }
2550         return finalize(intermediate, 0.);
2551     }
2553 This is too complex.
2554 How would you know if all possible alternatives have been correctly handled?
2555 Yes, it breaks other rules also.
2557 We can refactor:
2559     double func1_muon(double val, int flag)
2560     {
2561         // ???
2562     }
2564     double func1_tau(double val, int flag1, int flag2)
2565     {
2566         // ???
2567     }
2569     double simple_func(double val, int flag1, int flag2)
2570         // simple_func: takes a value and calculates the expected ASIC output,
2571         // given the two mode flags.
2572     {
2573         if (flag1 > 0)
2574             return func1_muon(val, flag2);
2575         if (flag1 == -1)
2576             // handled by func1_tau: flag1 = -flag1;
2577             return func1_tau(-val, flag1, flag2);
2578         return 0.;
2579     }
2581 ##### Note
2583 "It doesn't fit on a screen" is often a good practical definition of "far too large."
2584 One-to-five-line functions should be considered normal.
2586 ##### Note
2588 Break large functions up into smaller cohesive and named functions.
2589 Small simple functions are easily inlined where the cost of a function call is significant.
2591 ##### Enforcement
2593 * Flag functions that do not "fit on a screen."
2594   How big is a screen? Try 60 lines by 140 characters; that's roughly the maximum that's comfortable for a book page.
2595 * Flag functions that are too complex. How complex is too complex?
2596   You could use cyclomatic complexity. Try "more than 10 logical paths through." Count a simple switch as one path.
2598 ### <a name="Rf-constexpr"></a>F.4: If a function might have to be evaluated at compile time, declare it `constexpr`
2600 ##### Reason
2602  `constexpr` is needed to tell the compiler to allow compile-time evaluation.
2604 ##### Example
2606 The (in)famous factorial:
2608     constexpr int fac(int n)
2609     {
2610         constexpr int max_exp = 17;      // constexpr enables max_exp to be used in Expects
2611         Expects(0 <= n && n < max_exp);  // prevent silliness and overflow
2612         int x = 1;
2613         for (int i = 2; i <= n; ++i) x *= i;
2614         return x;
2615     }
2617 This is C++14.
2618 For C++11, use a recursive formulation of `fac()`.
2620 ##### Note
2622 `constexpr` does not guarantee compile-time evaluation;
2623 it just guarantees that the function can be evaluated at compile time for constant expression arguments if the programmer requires it or the compiler decides to do so to optimize.
2625     constexpr int min(int x, int y) { return x < y ? x : y; }
2627     void test(int v)
2628     {
2629         int m1 = min(-1, 2);            // probably compile-time evaluation
2630         constexpr int m2 = min(-1, 2);  // compile-time evaluation
2631         int m3 = min(-1, v);            // run-time evaluation
2632         constexpr int m4 = min(-1, v);  // error: cannot evaluate at compile time
2633     }
2635 ##### Note
2637 Don't try to make all functions `constexpr`.
2638 Most computation is best done at run time.
2640 ##### Note
2642 Any API that might eventually depend on high-level run-time configuration or
2643 business logic should not be made `constexpr`. Such customization can not be
2644 evaluated by the compiler, and any `constexpr` functions that depended upon
2645 that API would have to be refactored or drop `constexpr`.
2647 ##### Enforcement
2649 Impossible and unnecessary.
2650 The compiler gives an error if a non-`constexpr` function is called where a constant is required.
2652 ### <a name="Rf-inline"></a>F.5: If a function is very small and time-critical, declare it `inline`
2654 ##### Reason
2656 Some optimizers are good at inlining without hints from the programmer, but don't rely on it.
2657 Measure! Over the last 40 years or so, we have been promised compilers that can inline better than humans without hints from humans.
2658 We are still waiting.
2659 Specifying inline (explicitly, or implicitly when writing member functions inside a class definition) encourages the compiler to do a better job.
2661 ##### Example
2663     inline string cat(const string& s, const string& s2) { return s + s2; }
2665 ##### Exception
2667 Do not put an `inline` function in what is meant to be a stable interface unless you are certain that it will not change.
2668 An inline function is part of the ABI.
2670 ##### Note
2672 `constexpr` implies `inline`.
2674 ##### Note
2676 Member functions defined in-class are `inline` by default.
2678 ##### Exception
2680 Function templates (including member functions of class templates `A<T>::function()` and member function templates `A::function<T>()`) are normally defined in headers and therefore inline.
2682 ##### Enforcement
2684 Flag `inline` functions that are more than three statements and could have been declared out of line (such as class member functions).
2686 ### <a name="Rf-noexcept"></a>F.6: If your function must not throw, declare it `noexcept`
2688 ##### Reason
2690 If an exception is not supposed to be thrown, the program cannot be assumed to cope with the error and should be terminated as soon as possible. Declaring a function `noexcept` helps optimizers by reducing the number of alternative execution paths. It also speeds up the exit after failure.
2692 ##### Example
2694 Put `noexcept` on every function written completely in C or in any other language without exceptions.
2695 The C++ Standard Library does that implicitly for all functions in the C Standard Library.
2697 ##### Note
2699 `constexpr` functions can throw when evaluated at run time, so you might need conditional `noexcept` for some of those.
2701 ##### Example
2703 You can use `noexcept` even on functions that can throw:
2705     vector<string> collect(istream& is) noexcept
2706     {
2707         vector<string> res;
2708         for (string s; is >> s;)
2709             res.push_back(s);
2710         return res;
2711     }
2713 If `collect()` runs out of memory, the program crashes.
2714 Unless the program is crafted to survive memory exhaustion, that might be just the right thing to do;
2715 `terminate()` might generate suitable error log information (but after memory runs out it is hard to do anything clever).
2717 ##### Note
2719 You must be aware of the execution environment that your code is running when
2720 deciding whether to tag a function `noexcept`, especially because of the issue
2721 of throwing and allocation.  Code that is intended to be perfectly general (like
2722 the standard library and other utility code of that sort) needs to support
2723 environments where a `bad_alloc` exception could be handled meaningfully.
2724 However, most programs and execution environments cannot meaningfully
2725 handle a failure to allocate, and aborting the program is the cleanest and
2726 simplest response to an allocation failure in those cases.  If you know that
2727 your application code cannot respond to an allocation failure, it could be
2728 appropriate to add `noexcept` even on functions that allocate.
2730 Put another way: In most programs, most functions can throw (e.g., because they
2731 use `new`, call functions that do, or use library functions that reports failure
2732 by throwing), so don't just sprinkle `noexcept` all over the place without
2733 considering whether the possible exceptions can be handled.
2735 `noexcept` is most useful (and most clearly correct) for frequently used,
2736 low-level functions.
2738 ##### Note
2740 Destructors, `swap` functions, move operations, and default constructors should never throw.
2741 See also [C.44](#Rc-default00).
2743 ##### Enforcement
2745 * Flag functions that are not `noexcept`, yet cannot throw.
2746 * Flag throwing `swap`, `move`, destructors, and default constructors.
2748 ### <a name="Rf-smart"></a>F.7: For general use, take `T*` or `T&` arguments rather than smart pointers
2750 ##### Reason
2752 Passing a smart pointer transfers or shares ownership and should only be used when ownership semantics are intended.
2753 A function that does not manipulate lifetime should take raw pointers or references instead.
2755 Passing by smart pointer restricts the use of a function to callers that use smart pointers.
2756 A function that needs a `widget` should be able to accept any `widget` object, not just ones whose lifetimes are managed by a particular kind of smart pointer.
2758 Passing a shared smart pointer (e.g., `std::shared_ptr`) implies a run-time cost.
2760 ##### Example
2762     // accepts any int*
2763     void f(int*);
2765     // can only accept ints for which you want to transfer ownership
2766     void g(unique_ptr<int>);
2768     // can only accept ints for which you are willing to share ownership
2769     void g(shared_ptr<int>);
2771     // doesn't change ownership, but requires a particular ownership of the caller
2772     void h(const unique_ptr<int>&);
2774     // accepts any int
2775     void h(int&);
2777 ##### Example, bad
2779     // callee
2780     void f(shared_ptr<widget>& w)
2781     {
2782         // ...
2783         use(*w); // only use of w -- the lifetime is not used at all
2784         // ...
2785     };
2787     // caller
2788     shared_ptr<widget> my_widget = /* ... */;
2789     f(my_widget);
2791     widget stack_widget;
2792     f(stack_widget); // error
2794 ##### Example, good
2796     // callee
2797     void f(widget& w)
2798     {
2799         // ...
2800         use(w);
2801         // ...
2802     };
2804     // caller
2805     shared_ptr<widget> my_widget = /* ... */;
2806     f(*my_widget);
2808     widget stack_widget;
2809     f(stack_widget); // ok -- now this works
2811 ##### Note
2813 We can catch many common cases of dangling pointers statically (see [lifetime safety profile](#SS-lifetime)). Function arguments naturally live for the lifetime of the function call, and so have fewer lifetime problems.
2815 ##### Enforcement
2817 * (Simple) Warn if a function takes a parameter of a smart pointer type (that overloads `operator->` or `operator*`) that is copyable but the function only calls any of: `operator*`, `operator->` or `get()`.
2818   Suggest using a `T*` or `T&` instead.
2819 * Flag a parameter of a smart pointer type (a type that overloads `operator->` or `operator*`) that is copyable/movable but never copied/moved from in the function body, and that is never modified, and that is not passed along to another function that could do so. That means the ownership semantics are not used.
2820   Suggest using a `T*` or `T&` instead.
2822 **See also**:
2824 * [Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option](#Rf-ptr-ref)
2825 * [Smart pointer rule summary](#Rr-summary-smartptrs)
2827 ### <a name="Rf-pure"></a>F.8: Prefer pure functions
2829 ##### Reason
2831 Pure functions are easier to reason about, sometimes easier to optimize (and even parallelize), and sometimes can be memoized.
2833 ##### Example
2835     template<class T>
2836     auto square(T t) { return t * t; }
2838 ##### Enforcement
2840 Not possible.
2842 ### <a name="Rf-unused"></a>F.9: Unused parameters should be unnamed
2844 ##### Reason
2846 Readability.
2847 Suppression of unused parameter warnings.
2849 ##### Example
2851     widget* find(const set<widget>& s, const widget& w, Hint);   // once upon a time, a hint was used
2853 ##### Note
2855 Allowing parameters to be unnamed was introduced in the early 1980s to address this problem.
2857 If parameters are conditionally unused, declare them with the `[[maybe_unused]]` attribute.
2858 For example:
2860     template <typename Value>
2861     Value* find(const set<Value>& s, const Value& v, [[maybe_unused]] Hint h)
2862     {
2863         if constexpr (sizeof(Value) > CacheSize)
2864         {
2865             // a hint is used only if Value is of a certain size
2866         }
2867     }
2869 ##### Enforcement
2871 Flag named unused parameters.
2873 ### <a name="Rf-name"></a>F.10: If an operation can be reused, give it a name
2875 ##### Reason
2877 Documentation, readability, opportunity for reuse.
2879 ##### Example
2881     struct Rec {
2882         string name;
2883         string addr;
2884         int id;         // unique identifier
2885     };
2887     bool same(const Rec& a, const Rec& b)
2888     {
2889         return a.id == b.id;
2890     }
2892     vector<Rec*> find_id(const string& name);    // find all records for "name"
2894     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
2895         [&](Rec& r) {
2896             if (r.name.size() != n.size()) return false; // name to compare to is in n
2897             for (int i = 0; i < r.name.size(); ++i)
2898                 if (tolower(r.name[i]) != tolower(n[i])) return false;
2899             return true;
2900         }
2901     );
2903 There is a useful function lurking here (case insensitive string comparison), as there often is when lambda arguments get large.
2905     bool compare_insensitive(const string& a, const string& b)
2906     {
2907         if (a.size() != b.size()) return false;
2908         for (int i = 0; i < a.size(); ++i) if (tolower(a[i]) != tolower(b[i])) return false;
2909         return true;
2910     }
2912     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
2913         [&](Rec& r) { return compare_insensitive(r.name, n); }
2914     );
2916 Or maybe (if you prefer to avoid the implicit name binding to n):
2918     auto cmp_to_n = [&n](const string& a) { return compare_insensitive(a, n); };
2920     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
2921         [](const Rec& r) { return cmp_to_n(r.name); }
2922     );
2924 ##### Note
2926 whether functions, lambdas, or operators.
2928 ##### Exception
2930 * Lambdas logically used only locally, such as an argument to `for_each` and similar control flow algorithms.
2931 * Lambdas as [initializers](#???)
2933 ##### Enforcement
2935 * (hard) flag similar lambdas
2936 * ???
2938 ### <a name="Rf-lambda"></a>F.11: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only
2940 ##### Reason
2942 That makes the code concise and gives better locality than alternatives.
2944 ##### Example
2946     auto earlyUsersEnd = std::remove_if(users.begin(), users.end(),
2947                                         [](const User &a) { return a.id > 100; });
2950 ##### Exception
2952 Naming a lambda can be useful for clarity even if it is used only once.
2954 ##### Enforcement
2956 * Look for identical and near identical lambdas (to be replaced with named functions or named lambdas).
2958 ## <a name="SS-call"></a>F.call: Parameter passing
2960 There are a variety of ways to pass parameters to a function and to return values.
2962 ### <a name="Rf-conventional"></a>F.15: Prefer simple and conventional ways of passing information
2964 ##### Reason
2966 Using "unusual and clever" techniques causes surprises, slows understanding by other programmers, and encourages bugs.
2967 If you really feel the need for an optimization beyond the common techniques, measure to ensure that it really is an improvement, and document/comment because the improvement might not be portable.
2969 The following tables summarize the advice in the following Guidelines, F.16-21.
2971 Normal parameter passing:
2973 ![Normal parameter passing table](./param-passing-normal.png "Normal parameter passing")
2975 Advanced parameter passing:
2977 ![Advanced parameter passing table](./param-passing-advanced.png "Advanced parameter passing")
2979 Use the advanced techniques only after demonstrating need, and document that need in a comment.
2981 For passing sequences of characters see [String](#SS-string).
2983 ##### Exception
2985 To express shared ownership using `shared_ptr` types, rather than following guidelines F.16-21,
2986 follow [R.34](#Rr-sharedptrparam-owner), [R.35](#Rr-sharedptrparam), and [R.36](#Rr-sharedptrparam-const).
2988 ### <a name="Rf-in"></a>F.16: For "in" parameters, pass cheaply-copied types by value and others by reference to `const`
2990 ##### Reason
2992 Both let the caller know that a function will not modify the argument, and both allow initialization by rvalues.
2994 What is "cheap to copy" depends on the machine architecture, but two or three words (doubles, pointers, references) are usually best passed by value.
2995 When copying is cheap, nothing beats the simplicity and safety of copying, and for small objects (up to two or three words) it is also faster than passing by reference because it does not require an extra indirection to access from the function.
2997 ##### Example
2999     void f1(const string& s);  // OK: pass by reference to const; always cheap
3001     void f2(string s);         // bad: potentially expensive
3003     void f3(int x);            // OK: Unbeatable
3005     void f4(const int& x);     // bad: overhead on access in f4()
3007 For advanced uses (only), where you really need to optimize for rvalues passed to "input-only" parameters:
3009 * If the function is going to unconditionally move from the argument, take it by `&&`. See [F.18](#Rf-consume).
3010 * If the function is going to keep a locally modifiable copy of the argument only for its own local use, taking it by value is fine
3011 * If the function is going to keep a copy of the argument to pass to another destination (to another function, or store in a non-local location), in addition to passing by `const&` (for lvalues),
3012   add an overload that passes the parameter by `&&` (for rvalues) and in the body `std::move`s it to its destination. Essentially this overloads a "will-move-from"; see [F.18](#Rf-consume).
3013 * In special cases, such as multiple "input + copy" parameters, consider using perfect forwarding. See [F.19](#Rf-forward).
3015 ##### Example
3017     int multiply(int, int); // just input ints, pass by value
3019     // suffix is input-only but not as cheap as an int, pass by const&
3020     string& concatenate(string&, const string& suffix);
3022     void sink(unique_ptr<widget>);  // input only, and moves ownership of the widget
3024 Avoid "esoteric techniques" such as passing arguments as `T&&` "for efficiency".
3025 Most rumors about performance advantages from passing by `&&` are false or brittle (but see [F.18](#Rf-consume) and [F.19](#Rf-forward)).
3027 ##### Notes
3029 A reference can be assumed to refer to a valid object (language rule).
3030 There is no (legitimate) "null reference."
3031 If you need the notion of an optional value, use a pointer, `std::optional`, or a special value used to denote "no value."
3033 ##### Enforcement
3035 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter being passed by value has a size greater than `2 * sizeof(void*)`.
3036   Suggest using a reference to `const` instead.
3037 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter passed by reference to `const` has a size less or equal than `2 * sizeof(void*)`. Suggest passing by value instead.
3038 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter passed by reference to `const` is `move`d.
3040 ##### Exception
3042 To express shared ownership using `shared_ptr` types, follow [R.34](#Rr-sharedptrparam-owner) or [R.36](#Rr-sharedptrparam-const),
3043 depending on whether or not the function unconditionally takes a reference to the argument.
3045 ### <a name="Rf-inout"></a>F.17: For "in-out" parameters, pass by reference to non-`const`
3047 ##### Reason
3049 This makes it clear to callers that the object is assumed to be modified.
3051 ##### Example
3053     void update(Record& r);  // assume that update writes to r
3055 ##### Note
3057 Some user-defined and standard library types, such as `span<T>` or the iterators
3058 are [cheap to copy](#Rf-in) and may be passed by value, while doing so has
3059 mutable (in-out) reference semantics:
3061     void increment_all(span<int> a)
3062     {
3063       for (auto&& e : a)
3064         ++e;
3065     }
3067 ##### Note
3069 A `T&` argument can pass information into a function as well as out of it.
3070 Thus `T&` could be an in-out-parameter. That can in itself be a problem and a source of errors:
3072     void f(string& s)
3073     {
3074         s = "New York";  // non-obvious error
3075     }
3077     void g()
3078     {
3079         string buffer = ".................................";
3080         f(buffer);
3081         // ...
3082     }
3084 Here, the writer of `g()` is supplying a buffer for `f()` to fill, but `f()` simply replaces it (at a somewhat higher cost than a simple copy of the characters).
3085 A bad logic error can happen if the writer of `g()` incorrectly assumes the size of the `buffer`.
3087 ##### Enforcement
3089 * (Moderate) ((Foundation)) Warn about functions regarding reference to non-`const` parameters that do *not* write to them.
3090 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a non-`const` parameter being passed by reference is `move`d.
3092 ### <a name="Rf-consume"></a>F.18: For "will-move-from" parameters, pass by `X&&` and `std::move` the parameter
3094 ##### Reason
3096 It's efficient and eliminates bugs at the call site: `X&&` binds to rvalues, which requires an explicit `std::move` at the call site if passing an lvalue.
3098 ##### Example
3100     void sink(vector<int>&& v)  // sink takes ownership of whatever the argument owned
3101     {
3102         // usually there might be const accesses of v here
3103         store_somewhere(std::move(v));
3104         // usually no more use of v here; it is moved-from
3105     }
3107 Note that the `std::move(v)` makes it possible for `store_somewhere()` to leave `v` in a moved-from state.
3108 [That could be dangerous](#Rc-move-semantic).
3111 ##### Exception
3113 Unique owner types that are move-only and cheap-to-move, such as `unique_ptr`, can also be passed by value which is simpler to write and achieves the same effect. Passing by value does generate one extra (cheap) move operation, but prefer simplicity and clarity first.
3115 For example:
3117     template<class T>
3118     void sink(std::unique_ptr<T> p)
3119     {
3120         // use p ... possibly std::move(p) onward somewhere else
3121     }   // p gets destroyed
3123 ##### Exception
3125 If the "will-move-from" parameter is a `shared_ptr` follow [R.34](#Rr-sharedptrparam-owner) and pass the `shared_ptr` by value.
3127 ##### Enforcement
3129 * Flag all `X&&` parameters (where `X` is not a template type parameter name) where the function body uses them without `std::move`.
3130 * Flag access to moved-from objects.
3131 * Don't conditionally move from objects
3133 ### <a name="Rf-forward"></a>F.19: For "forward" parameters, pass by `TP&&` and only `std::forward` the parameter
3135 ##### Reason
3137 If the object is to be passed onward to other code and not directly used by this function, we want to make this function agnostic to the argument `const`-ness and rvalue-ness.
3139 In that case, and only that case, make the parameter `TP&&` where `TP` is a template type parameter -- it both *ignores* and *preserves* `const`-ness and rvalue-ness. Therefore any code that uses a `TP&&` is implicitly declaring that it itself doesn't care about the variable's `const`-ness and rvalue-ness (because it is ignored), but that intends to pass the value onward to other code that does care about `const`-ness and rvalue-ness (because it is preserved). When used as a parameter `TP&&` is safe because any temporary objects passed from the caller will live for the duration of the function call. A parameter of type `TP&&` should essentially always be passed onward via `std::forward` in the body of the function.
3141 ##### Example
3143 Usually you forward the entire parameter (or parameter pack, using `...`) exactly once on every static control flow path:
3145     template<class F, class... Args>
3146     inline decltype(auto) invoke(F&& f, Args&&... args)
3147     {
3148         return forward<F>(f)(forward<Args>(args)...);
3149     }
3151 ##### Example
3153 Sometimes you may forward a composite parameter piecewise, each subobject once on every static control flow path:
3155     template<class PairLike>
3156     inline auto test(PairLike&& pairlike)
3157     {
3158         // ...
3159         f1(some, args, and, forward<PairLike>(pairlike).first);           // forward .first
3160         f2(and, forward<PairLike>(pairlike).second, in, another, call);   // forward .second
3161     }
3163 ##### Enforcement
3165 * Flag a function that takes a `TP&&` parameter (where `TP` is a template type parameter name) and does anything with it other than `std::forward`ing it exactly once on every static path, or `std::forward`ing it more than once but qualified with a different data member exactly once on every static path.
3167 ### <a name="Rf-out"></a>F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters
3169 ##### Reason
3171 A return value is self-documenting, whereas a `&` could be either in-out or out-only and is liable to be misused.
3173 This includes large objects like standard containers that use implicit move operations for performance and to avoid explicit memory management.
3175 If you have multiple values to return, [use a tuple](#Rf-out-multi) or similar multi-member type.
3177 ##### Example
3179     // OK: return pointers to elements with the value x
3180     vector<const int*> find_all(const vector<int>&, int x);
3182     // Bad: place pointers to elements with value x in-out
3183     void find_all(const vector<int>&, vector<const int*>& out, int x);
3185 ##### Note
3187 A `struct` of many (individually cheap-to-move) elements might be in aggregate expensive to move.
3189 ##### Exceptions
3191 * For non-concrete types, such as types in an inheritance hierarchy, return the object by `unique_ptr` or `shared_ptr`.
3192 * If a type is expensive to move (e.g., `array<BigTrivial>`), consider allocating it on the free store and return a handle (e.g., `unique_ptr`), or passing it in a reference to non-`const` target object to fill (to be used as an out-parameter).
3193 * To reuse an object that carries capacity (e.g., `std::string`, `std::vector`) across multiple calls to the function in an inner loop: [treat it as an in/out parameter and pass by reference](#Rf-out-multi).
3195 ##### Example
3197 Assuming that `Matrix` has move operations (possibly by keeping its elements in a `std::vector`):
3199     Matrix operator+(const Matrix& a, const Matrix& b)
3200     {
3201         Matrix res;
3202         // ... fill res with the sum ...
3203         return res;
3204     }
3206     Matrix x = m1 + m2;  // move constructor
3208     y = m3 + m3;         // move assignment
3211 ##### Note
3213 The return value optimization doesn't handle the assignment case, but the move assignment does.
3215 ##### Example
3217     struct Package {      // exceptional case: expensive-to-move object
3218         char header[16];
3219         char load[2024 - 16];
3220     };
3222     Package fill();       // Bad: large return value
3223     void fill(Package&);  // OK
3225     int val();            // OK
3226     void val(int&);       // Bad: Is val reading its argument
3228 ##### Enforcement
3230 * Flag reference to non-`const` parameters that are not read before being written to and are a type that could be cheaply returned; they should be "out" return values.
3232 ### <a name="Rf-out-multi"></a>F.21: To return multiple "out" values, prefer returning a struct
3234 ##### Reason
3236 A return value is self-documenting as an "output-only" value.
3237 Note that C++ does have multiple return values, by convention of using tuple-like types (`struct`, `array`, `tuple`, etc.),
3238 possibly with the extra convenience of structured bindings (C++17) at the call site.
3239 Prefer using a named `struct` if possible.
3240 Otherwise, a `tuple` is useful in variadic templates.
3242 ##### Example
3244     // BAD: output-only parameter documented in a comment
3245     int f(const string& input, /*output only*/ string& output_data)
3246     {
3247         // ...
3248         output_data = something();
3249         return status;
3250     }
3252     // GOOD: self-documenting
3253     struct f_result { int status; string data; };
3255     f_result f(const string& input)
3256     {
3257         // ...
3258         return {status, something()};
3259     }
3261 C++98's standard library used this style in places, by returning `pair` in some functions.
3262 For example, given a `set<string> my_set`, consider:
3264     // C++98
3265     pair<set::iterator, bool> result = my_set.insert("Hello");
3266     if (result.second)
3267         do_something_with(result.first);    // workaround
3269 With C++17 we are able to use "structured bindings" to give each member a name:
3271     if (auto [ iter, success ] = my_set.insert("Hello"); success)
3272         do_something_with(iter);
3274 A `struct` with meaningful names is more common in modern C++.
3275 See for example `ranges::min_max_result`, `from_chars_result`, and others.
3277 ##### Exception
3279 Sometimes, we need to pass an object to a function to manipulate its state.
3280 In such cases, passing the object by reference [`T&`](#Rf-inout) is usually the right technique.
3281 Explicitly passing an in-out parameter back out again as a return value is often not necessary.
3282 For example:
3284     istream& operator>>(istream& in, string& s);    // much like std::operator>>()
3286     for (string s; in >> s; ) {
3287         // do something with line
3288     }
3290 Here, both `s` and `in` are used as in-out parameters.
3291 We pass `in` by (non-`const`) reference to be able to manipulate its state.
3292 We pass `s` to avoid repeated allocations.
3293 By reusing `s` (passed by reference), we allocate new memory only when we need to expand `s`'s capacity.
3294 This technique is sometimes called the "caller-allocated out" pattern and is particularly useful for types,
3295 such as `string` and `vector`, that needs to do free store allocations.
3297 To compare, if we passed out all values as return values, we would write something like this:
3299     struct get_string_result { istream& in; string s; };
3301     get_string_result get_string(istream& in)  // not recommended
3302     {
3303         string s;
3304         in >> s;
3305         return { in, move(s) };
3306     }
3308     for (auto [in, s] = get_string(cin); in; s = get_string(in).s) {
3309         // do something with string
3310     }
3312 We consider that significantly less elegant with significantly less performance.
3314 For a truly strict reading of this rule (F.21), the exception isn't really an exception because it relies on in-out parameters,
3315 rather than the plain out parameters mentioned in the rule.
3316 However, we prefer to be explicit, rather than subtle.
3318 ##### Note
3320 In most cases, it is useful to return a specific, user-defined type.
3321 For example:
3323     struct Distance {
3324         int value;
3325         int unit = 1;   // 1 means meters
3326     };
3328     Distance d1 = measure(obj1);        // access d1.value and d1.unit
3329     auto d2 = measure(obj2);            // access d2.value and d2.unit
3330     auto [value, unit] = measure(obj3); // access value and unit; somewhat redundant
3331                                         // to people who know measure()
3332     auto [x, y] = measure(obj4);        // don't; it's likely to be confusing
3334 The overly generic `pair` and `tuple` should be used only when the value returned represents independent entities rather than an abstraction.
3336 Another option is to use `optional<T>` or `expected<T, error_code>`, rather than `pair` or `tuple`.
3337 When used appropriately these types convey more information about what the members mean than `pair<T, bool>` or `pair<T, error_code>` do.
3339 ##### Note
3341 When the object to be returned is initialized from local variables that are expensive to copy,
3342 explicit `move` may be helpful to avoid copying:
3344     pair<LargeObject, LargeObject> f(const string& input)
3345     {
3346         LargeObject large1 = g(input);
3347         LargeObject large2 = h(input);
3348         // ...
3349         return { move(large1), move(large2) }; // no copies
3350     }
3352 Alternatively,
3354     pair<LargeObject, LargeObject> f(const string& input)
3355     {
3356         // ...
3357         return { g(input), h(input) }; // no copies, no moves
3358     }
3360 Note this is different from the `return move(...)` anti-pattern from [ES.56](#Res-move)
3362 ##### Enforcement
3364 * Output parameters should be replaced by return values.
3365   An output parameter is one that the function writes to, invokes a non-`const` member function, or passes on as a non-`const`.
3366 * `pair` or `tuple` return types should be replaced by `struct`, if possible.
3367   In variadic templates, `tuple` is often unavoidable.
3369 ### <a name="Rf-ptr-ref"></a>F.60: Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option
3371 ##### Reason
3373 A pointer (`T*`) can be a `nullptr` and a reference (`T&`) cannot, there is no valid "null reference".
3374 Sometimes having `nullptr` as an alternative to indicated "no object" is useful, but if it is not, a reference is notationally simpler and might yield better code.
3376 ##### Example
3378     string zstring_to_string(zstring p) // zstring is a char*; that is a C-style string
3379     {
3380         if (!p) return string{};    // p might be nullptr; remember to check
3381         return string{p};
3382     }
3384     void print(const vector<int>& r)
3385     {
3386         // r refers to a vector<int>; no check needed
3387     }
3389 ##### Note
3391 It is possible, but not valid C++ to construct a reference that is essentially a `nullptr` (e.g., `T* p = nullptr; T& r = *p;`).
3392 That error is very uncommon.
3394 ##### Note
3396 If you prefer the pointer notation (`->` and/or `*` vs. `.`), `not_null<T*>` provides the same guarantee as `T&`.
3398 ##### Enforcement
3400 * Flag ???
3402 ### <a name="Rf-ptr"></a>F.22: Use `T*` or `owner<T*>` to designate a single object
3404 ##### Reason
3406 Readability: it makes the meaning of a plain pointer clear.
3407 Enables significant tool support.
3409 ##### Note
3411 In traditional C and C++ code, plain `T*` is used for many weakly-related purposes, such as:
3413 * Identify a (single) object (not to be deleted by this function)
3414 * Point to an object allocated on the free store (and delete it later)
3415 * Hold the `nullptr`
3416 * Identify a C-style string (zero-terminated array of characters)
3417 * Identify an array with a length specified separately
3418 * Identify a location in an array
3420 This makes it hard to understand what the code does and is supposed to do.
3421 It complicates checking and tool support.
3423 ##### Example
3425     void use(int* p, int n, char* s, int* q)
3426     {
3427         p[n - 1] = 666; // Bad: we don't know if p points to n elements;
3428                         // assume it does not or use span<int>
3429         cout << s;      // Bad: we don't know if that s points to a zero-terminated array of char;
3430                         // assume it does not or use zstring
3431         delete q;       // Bad: we don't know if *q is allocated on the free store;
3432                         // assume it does not or use owner
3433     }
3435 better
3437     void use2(span<int> p, zstring s, owner<int*> q)
3438     {
3439         p[p.size() - 1] = 666; // OK, a range error can be caught
3440         cout << s; // OK
3441         delete q;  // OK
3442     }
3444 ##### Note
3446 `owner<T*>` represents ownership, `zstring` represents a C-style string.
3448 **Also**: Assume that a `T*` obtained from a smart pointer to `T` (e.g., `unique_ptr<T>`) points to a single element.
3450 **See also**: [Support library](#gsl-guidelines-support-library)
3452 **See also**: [Do not pass an array as a single pointer](#Ri-array)
3454 ##### Enforcement
3456 * (Simple) ((Bounds)) Warn for any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
3458 ### <a name="Rf-nullptr"></a>F.23: Use a `not_null<T>` to indicate that "null" is not a valid value
3460 ##### Reason
3462 Clarity. A function with a `not_null<T>` parameter makes it clear that the caller of the function is responsible for any `nullptr` checks that might be necessary.
3463 Similarly, a function with a return value of `not_null<T>` makes it clear that the caller of the function does not need to check for `nullptr`.
3465 ##### Example
3467 `not_null<T*>` makes it obvious to a reader (human or machine) that a test for `nullptr` is not necessary before dereference.
3468 Additionally, when debugging, `owner<T*>` and `not_null<T>` can be instrumented to check for correctness.
3470 Consider:
3472     int length(Record* p);
3474 When I call `length(p)` should I check if `p` is `nullptr` first? Should the implementation of `length()` check if `p` is `nullptr`?
3476     // it is the caller's job to make sure p != nullptr
3477     int length(not_null<Record*> p);
3479     // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
3480     int length(Record* p);
3482 ##### Note
3484 A `not_null<T*>` is assumed not to be the `nullptr`; a `T*` might be the `nullptr`; both can be represented in memory as a `T*` (so no run-time overhead is implied).
3486 ##### Note
3488 `not_null` is not just for built-in pointers. It works for `unique_ptr`, `shared_ptr`, and other pointer-like types.
3490 ##### Enforcement
3492 * (Simple) Warn if a raw pointer is dereferenced without being tested against `nullptr` (or equivalent) within a function, suggest it is declared `not_null` instead.
3493 * (Simple) Error if a raw pointer is sometimes dereferenced after first being tested against `nullptr` (or equivalent) within the function and sometimes is not.
3494 * (Simple) Warn if a `not_null` pointer is tested against `nullptr` within a function.
3496 ### <a name="Rf-range"></a>F.24: Use a `span<T>` or a `span_p<T>` to designate a half-open sequence
3498 ##### Reason
3500 Informal/non-explicit ranges are a source of errors.
3502 ##### Example
3504     X* find(span<X> r, const X& v);    // find v in r
3506     vector<X> vec;
3507     // ...
3508     auto p = find({vec.begin(), vec.end()}, X{});  // find X{} in vec
3510 ##### Note
3512 Ranges are extremely common in C++ code. Typically, they are implicit and their correct use is very hard to ensure.
3513 In particular, given a pair of arguments `(p, n)` designating an array `[p:p+n)`,
3514 it is in general impossible to know if there really are `n` elements to access following `*p`.
3515 `span<T>` and `span_p<T>` are simple helper classes designating a `[p:q)` range and a range starting with `p` and ending with the first element for which a predicate is true, respectively.
3517 ##### Example
3519 A `span` represents a range of elements, but how do we manipulate elements of that range?
3521     void f(span<int> s)
3522     {
3523         // range traversal (guaranteed correct)
3524         for (int x : s) cout << x << '\n';
3526         // C-style traversal (potentially checked)
3527         for (gsl::index i = 0; i < s.size(); ++i) cout << s[i] << '\n';
3529         // random access (potentially checked)
3530         s[7] = 9;
3532         // extract pointers (potentially checked)
3533         std::sort(&s[0], &s[s.size() / 2]);
3534     }
3536 ##### Note
3538 A `span<T>` object does not own its elements and is so small that it can be passed by value.
3540 Passing a `span` object as an argument is exactly as efficient as passing a pair of pointer arguments or passing a pointer and an integer count.
3542 **See also**: [Support library](#gsl-guidelines-support-library)
3544 ##### Enforcement
3546 (Complex) Warn where accesses to pointer parameters are bounded by other parameters that are integral types and suggest they could use `span` instead.
3548 ### <a name="Rf-zstring"></a>F.25: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string
3550 ##### Reason
3552 C-style strings are ubiquitous. They are defined by convention: zero-terminated arrays of characters.
3553 We must distinguish C-style strings from a pointer to a single character or an old-fashioned pointer to an array of characters.
3555 If you don't need null termination, use `string_view`.
3557 ##### Example
3559 Consider:
3561     int length(const char* p);
3563 When I call `length(s)` should I check if `s` is `nullptr` first? Should the implementation of `length()` check if `p` is `nullptr`?
3565     // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
3566     int length(zstring p);
3568     // it is the caller's job to make sure p != nullptr
3569     int length(not_null<zstring> p);
3571 ##### Note
3573 `zstring` does not represent ownership.
3575 **See also**: [Support library](#gsl-guidelines-support-library)
3577 ### <a name="Rf-unique_ptr"></a>F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed
3579 ##### Reason
3581 Using `unique_ptr` is the cheapest way to pass a pointer safely.
3583 **See also**: [C.50](#Rc-factory) regarding when to return a `shared_ptr` from a factory.
3585 ##### Example
3587     unique_ptr<Shape> get_shape(istream& is)  // assemble shape from input stream
3588     {
3589         auto kind = read_header(is); // read header and identify the next shape on input
3590         switch (kind) {
3591         case kCircle:
3592             return make_unique<Circle>(is);
3593         case kTriangle:
3594             return make_unique<Triangle>(is);
3595         // ...
3596         }
3597     }
3599 ##### Note
3601 You need to pass a pointer rather than an object if what you are transferring is an object from a class hierarchy that is to be used through an interface (base class).
3603 ##### Enforcement
3605 (Simple) Warn if a function returns a locally allocated raw pointer. Suggest using either `unique_ptr` or `shared_ptr` instead.
3607 ### <a name="Rf-shared_ptr"></a>F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership
3609 ##### Reason
3611 Using `std::shared_ptr` is the standard way to represent shared ownership. That is, the last owner deletes the object.
3613 ##### Example
3615     {
3616         shared_ptr<const Image> im { read_image(somewhere) };
3618         std::thread t0 {shade, args0, top_left, im};
3619         std::thread t1 {shade, args1, top_right, im};
3620         std::thread t2 {shade, args2, bottom_left, im};
3621         std::thread t3 {shade, args3, bottom_right, im};
3623         // detaching threads requires extra care (e.g., to join before
3624         // main ends), but even if we do detach the four threads here ...
3625     }
3626     // ... shared_ptr ensures that eventually the last thread to
3627     //     finish safely deletes the image
3629 ##### Note
3631 Prefer a `unique_ptr` over a `shared_ptr` if there is never more than one owner at a time.
3632 `shared_ptr` is for shared ownership.
3634 Note that pervasive use of `shared_ptr` has a cost (atomic operations on the `shared_ptr`'s reference count have a measurable aggregate cost).
3636 ##### Alternative
3638 Have a single object own the shared object (e.g. a scoped object) and destroy that (preferably implicitly) when all users have completed.
3640 ##### Enforcement
3642 (Not enforceable) This is a too complex pattern to reliably detect.
3644 ### <a name="Rf-return-ptr"></a>F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)
3646 ##### Reason
3648 That's what pointers are good for.
3649 Returning a `T*` to transfer ownership is a misuse.
3651 ##### Example
3653     Node* find(Node* t, const string& s)  // find s in a binary tree of Nodes
3654     {
3655         if (!t || t->name == s) return t;
3656         if ((auto p = find(t->left, s))) return p;
3657         if ((auto p = find(t->right, s))) return p;
3658         return nullptr;
3659     }
3661 If it isn't the `nullptr`, the pointer returned by `find` indicates a `Node` holding `s`.
3662 Importantly, that does not imply a transfer of ownership of the pointed-to object to the caller.
3664 ##### Note
3666 Positions can also be transferred by iterators, indices, and references.
3667 A reference is often a superior alternative to a pointer [if there is no need to use `nullptr`](#Rf-ptr-ref) or [if the object referred to should not change](#S-const).
3669 ##### Note
3671 Do not return a pointer to something that is not in the caller's scope; see [F.43](#Rf-dangle).
3673 **See also**: [discussion of dangling pointer prevention](#???)
3675 ##### Enforcement
3677 * Flag `delete`, `std::free()`, etc. applied to a plain `T*`.
3678 Only owners should be deleted.
3679 * Flag `new`, `malloc()`, etc. assigned to a plain `T*`.
3680 Only owners should be responsible for deletion.
3682 ### <a name="Rf-dangle"></a>F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer or a reference to a local object
3684 ##### Reason
3686 To avoid the crashes and data corruption that can result from the use of such a dangling pointer.
3688 ##### Example, bad
3690 After the return from a function its local objects no longer exist:
3692     int* f()
3693     {
3694         int fx = 9;
3695         return &fx;  // BAD
3696     }
3698     void g(int* p)   // looks innocent enough
3699     {
3700         int gx;
3701         cout << "*p == " << *p << '\n';
3702         *p = 999;
3703         cout << "gx == " << gx << '\n';
3704     }
3706     void h()
3707     {
3708         int* p = f();
3709         int z = *p;  // read from abandoned stack frame (bad)
3710         g(p);        // pass pointer to abandoned stack frame to function (bad)
3711     }
3713 Here on one popular implementation I got the output:
3715     *p == 999
3716     gx == 999
3718 I expected that because the call of `g()` reuses the stack space abandoned by the call of `f()` so `*p` refers to the space now occupied by `gx`.
3720 * Imagine what would happen if `fx` and `gx` were of different types.
3721 * Imagine what would happen if `fx` or `gx` was a type with an invariant.
3722 * Imagine what would happen if more that dangling pointer was passed around among a larger set of functions.
3723 * Imagine what a cracker could do with that dangling pointer.
3725 Fortunately, most (all?) modern compilers catch and warn against this simple case.
3727 ##### Note
3729 This applies to references as well:
3731     int& f()
3732     {
3733         int x = 7;
3734         // ...
3735         return x;  // Bad: returns reference to object that is about to be destroyed
3736     }
3738 ##### Note
3740 This applies only to non-`static` local variables.
3741 All `static` variables are (as their name indicates) statically allocated, so that pointers to them cannot dangle.
3743 ##### Example, bad
3745 Not all examples of leaking a pointer to a local variable are that obvious:
3747     int* glob;       // global variables are bad in so many ways
3749     template<class T>
3750     void steal(T x)
3751     {
3752         glob = x();  // BAD
3753     }
3755     void f()
3756     {
3757         int i = 99;
3758         steal([&] { return &i; });
3759     }
3761     int main()
3762     {
3763         f();
3764         cout << *glob << '\n';
3765     }
3767 Here I managed to read the location abandoned by the call of `f`.
3768 The pointer stored in `glob` could be used much later and cause trouble in unpredictable ways.
3770 ##### Note
3772 The address of a local variable can be "returned"/leaked by a return statement, by a `T&` out-parameter, as a member of a returned object, as an element of a returned array, and more.
3774 ##### Note
3776 Similar examples can be constructed "leaking" a pointer from an inner scope to an outer one;
3777 such examples are handled equivalently to leaks of pointers out of a function.
3779 A slightly different variant of the problem is placing pointers in a container that outlives the objects pointed to.
3781 **See also**: Another way of getting dangling pointers is [pointer invalidation](#???).
3782 It can be detected/prevented with similar techniques.
3784 ##### Enforcement
3786 * Compilers tend to catch return of reference to locals and could in many cases catch return of pointers to locals.
3787 * Static analysis can catch many common patterns of the use of pointers indicating positions (thus eliminating dangling pointers)
3789 ### <a name="Rf-return-ref"></a>F.44: Return a `T&` when copy is undesirable and "returning no object" isn't needed
3791 ##### Reason
3793 The language guarantees that a `T&` refers to an object, so that testing for `nullptr` isn't necessary.
3795 **See also**: The return of a reference must not imply transfer of ownership:
3796 [discussion of dangling pointer prevention](#???) and [discussion of ownership](#???).
3798 ##### Example
3800     class Car
3801     {
3802         array<wheel, 4> w;
3803         // ...
3804     public:
3805         wheel& get_wheel(int i) { Expects(i < w.size()); return w[i]; }
3806         // ...
3807     };
3809     void use()
3810     {
3811         Car c;
3812         wheel& w0 = c.get_wheel(0); // w0 has the same lifetime as c
3813     }
3815 ##### Enforcement
3817 Flag functions where no `return` expression could yield `nullptr`
3819 ### <a name="Rf-return-ref-ref"></a>F.45: Don't return a `T&&`
3821 ##### Reason
3823 It's asking to return a reference to a destroyed temporary object.
3824 A `&&` is a magnet for temporary objects.
3826 ##### Example
3828 A returned rvalue reference goes out of scope at the end of the full expression to which it is returned:
3830     auto&& x = max(0, 1);   // OK, so far
3831     foo(x);                 // Undefined behavior
3833 This kind of use is a frequent source of bugs, often incorrectly reported as a compiler bug.
3834 An implementer of a function should avoid setting such traps for users.
3836 The [lifetime safety profile](#SS-lifetime) will (when completely implemented) catch such problems.
3839 ##### Example
3841 Returning an rvalue reference is fine when the reference to the temporary is being passed "downward" to a callee;
3842 then, the temporary is guaranteed to outlive the function call (see [F.18](#Rf-consume) and [F.19](#Rf-forward)).
3843 However, it's not fine when passing such a reference "upward" to a larger caller scope.
3844 For passthrough functions that pass in parameters (by ordinary reference or by perfect forwarding) and want to return values, use simple `auto` return type deduction (not `auto&&`).
3846 Assume that `F` returns by value:
3848     template<class F>
3849     auto&& wrapper(F f)
3850     {
3851         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
3852         return f();          // BAD: returns a reference to a temporary
3853     }
3855 Better:
3857     template<class F>
3858     auto wrapper(F f)
3859     {
3860         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
3861         return f();          // OK
3862     }
3865 ##### Exception
3867 `std::move` and `std::forward` do return `&&`, but they are just casts -- used by convention only in expression contexts where a reference to a temporary object is passed along within the same expression before the temporary is destroyed. We don't know of any other good examples of returning `&&`.
3869 ##### Enforcement
3871 Flag any use of `&&` as a return type, except in `std::move` and `std::forward`.
3873 ### <a name="Rf-main"></a>F.46: `int` is the return type for `main()`
3875 ##### Reason
3877 It's a language rule, but violated through "language extensions" so often that it is worth mentioning.
3878 Declaring `main` (the one global `main` of a program) `void` limits portability.
3880 ##### Example
3882         void main() { /* ... */ };  // bad, not C++
3884         int main()
3885         {
3886             std::cout << "This is the way to do it\n";
3887         }
3889 ##### Note
3891 We mention this only because of the persistence of this error in the community.
3892 Note that despite its non-void return type, the main function does not require an explicit return statement.
3894 ##### Enforcement
3896 * The compiler should do it
3897 * If the compiler doesn't do it, let tools flag it
3899 ### <a name="Rf-assignment-op"></a>F.47: Return `T&` from assignment operators
3901 ##### Reason
3903 The convention for operator overloads (especially on concrete types) is for
3904 `operator=(const T&)` to perform the assignment and then return (non-`const`)
3905 `*this`.  This ensures consistency with standard-library types and follows the
3906 principle of "do as the ints do."
3908 ##### Note
3910 Historically there was some guidance to make the assignment operator return `const T&`.
3911 This was primarily to avoid code of the form `(a = b) = c` -- such code is not common enough to warrant violating consistency with standard types.
3913 ##### Example
3915     class Foo
3916     {
3917      public:
3918         ...
3919         Foo& operator=(const Foo& rhs)
3920         {
3921           // Copy members.
3922           ...
3923           return *this;
3924         }
3925     };
3927 ##### Enforcement
3929 This should be enforced by tooling by checking the return type (and return
3930 value) of any assignment operator.
3932 ### <a name="Rf-return-move-local"></a>F.48: Don't `return std::move(local)`
3934 ##### Reason
3936 Returning a local variable implicitly moves it anyway.
3937 An explicit `std::move` is always a pessimization, because it prevents Return Value Optimization (RVO),
3938 which can eliminate the move completely.
3940 ##### Example, bad
3942     S bad()
3943     {
3944       S result;
3945       return std::move(result);
3946     }
3948 ##### Example, good
3950     S good()
3951     {
3952       S result;
3953       // Named RVO: move elision at best, move construction at worst
3954       return result;
3955     }
3957 ##### Enforcement
3959 This should be enforced by tooling by checking the return expression .
3961 ### <a name="Rf-return-const"></a>F.49: Don't return `const T`
3963 ##### Reason
3965 It is not recommended to return a `const` value.
3966 Such older advice is now obsolete; it does not add value, and it interferes with move semantics.
3968 ##### Example
3970     const vector<int> fct();    // bad: that "const" is more trouble than it is worth
3972     void g(vector<int>& vx)
3973     {
3974         // ...
3975         fct() = vx;   // prevented by the "const"
3976         // ...
3977         vx = fct(); // expensive copy: move semantics suppressed by the "const"
3978         // ...
3979     }
3981 The argument for adding `const` to a return value is that it prevents (very rare) accidental access to a temporary.
3982 The argument against is that it prevents (very frequent) use of move semantics.
3984 **See also**: [F.20, the general item about "out" output values](#Rf-out)
3986 ##### Enforcement
3988 * Flag returning a `const` value. To fix: Remove `const` to return a non-`const` value instead.
3991 ### <a name="Rf-capture-vs-overload"></a>F.50: Use a lambda when a function won't do (to capture local variables, or to write a local function)
3993 ##### Reason
3995 Functions can't capture local variables or be defined at local scope; if you need those things, prefer a lambda where possible, and a handwritten function object where not. On the other hand, lambdas and function objects don't overload; if you need to overload, prefer a function (the workarounds to make lambdas overload are ornate). If either will work, prefer writing a function; use the simplest tool necessary.
3997 ##### Example
3999     // writing a function that should only take an int or a string
4000     // -- overloading is natural
4001     void f(int);
4002     void f(const string&);
4004     // writing a function object that needs to capture local state and appear
4005     // at statement or expression scope -- a lambda is natural
4006     vector<work> v = lots_of_work();
4007     for (int tasknum = 0; tasknum < max; ++tasknum) {
4008         pool.run([=, &v] {
4009             /*
4010             ...
4011             ... process 1 / max - th of v, the tasknum - th chunk
4012             ...
4013             */
4014         });
4015     }
4016     pool.join();
4018 ##### Exception
4020 Generic lambdas offer a concise way to write function templates and so can be useful even when a normal function template would do equally well with a little more syntax. This advantage will probably disappear in the future once all functions gain the ability to have Concept parameters.
4022 ##### Enforcement
4024 * Warn on use of a named non-generic lambda (e.g., `auto x = [](int i) { /*...*/; };`) that captures nothing and appears at global scope. Write an ordinary function instead.
4026 ### <a name="Rf-default-args"></a>F.51: Where there is a choice, prefer default arguments over overloading
4028 ##### Reason
4030 Default arguments simply provide alternative interfaces to a single implementation.
4031 There is no guarantee that a set of overloaded functions all implement the same semantics.
4032 The use of default arguments can avoid code replication.
4034 ##### Note
4036 There is a choice between using default argument and overloading when the alternatives are from a set of arguments of the same types.
4037 For example:
4039     void print(const string& s, format f = {});
4041 as opposed to
4043     void print(const string& s);  // use default format
4044     void print(const string& s, format f);
4046 There is not a choice when a set of functions are used to do a semantically equivalent operation to a set of types. For example:
4048     void print(const char&);
4049     void print(int);
4050     void print(zstring);
4052 ##### See also
4055 [Default arguments for virtual functions](#Rh-virtual-default-arg)
4057 ##### Enforcement
4059 * Warn on an overload set where the overloads have a common prefix of parameters (e.g., `f(int)`, `f(int, const string&)`, `f(int, const string&, double)`). (Note: Review this enforcement if it's too noisy in practice.)
4061 ### <a name="Rf-reference-capture"></a>F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms
4063 ##### Reason
4065 For efficiency and correctness, you nearly always want to capture by reference when using the lambda locally. This includes when writing or calling parallel algorithms that are local because they join before returning.
4067 ##### Discussion
4069 The efficiency consideration is that most types are cheaper to pass by reference than by value.
4071 The correctness consideration is that many calls want to perform side effects on the original object at the call site (see example below). Passing by value prevents this.
4073 ##### Note
4075 Unfortunately, there is no simple way to capture by reference to `const` to get the efficiency for a local call but also prevent side effects.
4077 ##### Example
4079 Here, a large object (a network message) is passed to an iterative algorithm, and it is not efficient or correct to copy the message (which might not be copyable):
4081     std::for_each(begin(sockets), end(sockets), [&message](auto& socket)
4082     {
4083         socket.send(message);
4084     });
4086 ##### Example
4088 This is a simple three-stage parallel pipeline. Each `stage` object encapsulates a worker thread and a queue, has a `process` function to enqueue work, and in its destructor automatically blocks waiting for the queue to empty before ending the thread.
4090     void send_packets(buffers& bufs)
4091     {
4092         stage encryptor([](buffer& b) { encrypt(b); });
4093         stage compressor([&](buffer& b) { compress(b); encryptor.process(b); });
4094         stage decorator([&](buffer& b) { decorate(b); compressor.process(b); });
4095         for (auto& b : bufs) { decorator.process(b); }
4096     }  // automatically blocks waiting for pipeline to finish
4098 ##### Enforcement
4100 Flag a lambda that captures by reference, but is used other than locally within the function scope or passed to a function by reference. (Note: This rule is an approximation, but does flag passing by pointer as those are more likely to be stored by the callee, writing to a heap location accessed via a parameter, returning the lambda, etc. The Lifetime rules will also provide general rules that flag escaping pointers and references including via lambdas.)
4102 ### <a name="Rf-value-capture"></a>F.53: Avoid capturing by reference in lambdas that will be used non-locally, including returned, stored on the heap, or passed to another thread
4104 ##### Reason
4106 Pointers and references to locals shouldn't outlive their scope. Lambdas that capture by reference are just another place to store a reference to a local object, and shouldn't do so if they (or a copy) outlive the scope.
4108 ##### Example, bad
4110     int local = 42;
4112     // Want a reference to local.
4113     // Note, that after program exits this scope,
4114     // local no longer exists, therefore
4115     // process() call will have undefined behavior!
4116     thread_pool.queue_work([&] { process(local); });
4118 ##### Example, good
4120     int local = 42;
4121     // Want a copy of local.
4122     // Since a copy of local is made, it will
4123     // always be available for the call.
4124     thread_pool.queue_work([=] { process(local); });
4126 ##### Note
4128 If a non-local pointer must be captured, consider using `unique_ptr`; this handles both lifetime and synchronization.
4130 If the `this` pointer must be captured, consider using `[*this]` capture, which creates a copy of the entire object.
4132 ##### Enforcement
4134 * (Simple) Warn when capture-list contains a reference to a locally declared variable
4135 * (Complex) Flag when capture-list contains a reference to a locally declared variable and the lambda is passed to a non-`const` and non-local context
4137 ### <a name="Rf-this-capture"></a>F.54: When writing a lambda that captures `this` or any class data member, don't use `[=]` default capture
4139 ##### Reason
4141 It's confusing. Writing `[=]` in a member function appears to capture by value, but actually captures data members by reference because it actually captures the invisible `this` pointer by value. If you meant to do that, write `this` explicitly.
4143 ##### Example
4145     class My_class {
4146         int x = 0;
4147         // ...
4149         void f()
4150         {
4151             int i = 0;
4152             // ...
4154             auto lambda = [=] { use(i, x); };   // BAD: "looks like" copy/value capture
4156             x = 42;
4157             lambda(); // calls use(0, 42);
4158             x = 43;
4159             lambda(); // calls use(0, 43);
4161             // ...
4163             auto lambda2 = [i, this] { use(i, x); }; // ok, most explicit and least confusing
4165             // ...
4166         }
4167     };
4169 ##### Note
4171 If you intend to capture a copy of all class data members, consider C++17 `[*this]`.
4173 ##### Enforcement
4175 * Flag any lambda capture-list that specifies a capture-default of `[=]` and also captures `this` (whether explicitly or via the default capture and a use of `this` in the body)
4177 ### <a name="F-varargs"></a>F.55: Don't use `va_arg` arguments
4179 ##### Reason
4181 Reading from a `va_arg` assumes that the correct type was actually passed.
4182 Passing to varargs assumes the correct type will be read.
4183 This is fragile because it cannot generally be enforced to be safe in the language and so relies on programmer discipline to get it right.
4185 ##### Example
4187     int sum(...)
4188     {
4189         // ...
4190         while (/*...*/)
4191             result += va_arg(list, int); // BAD, assumes it will be passed ints
4192         // ...
4193     }
4195     sum(3, 2); // ok
4196     sum(3.14159, 2.71828); // BAD, undefined
4198     template<class ...Args>
4199     auto sum(Args... args) // GOOD, and much more flexible
4200     {
4201         return (... + args); // note: C++17 "fold expression"
4202     }
4204     sum(3, 2); // ok: 5
4205     sum(3.14159, 2.71828); // ok: ~5.85987
4207 ##### Alternatives
4209 * overloading
4210 * variadic templates
4211 * `variant` arguments
4212 * `initializer_list` (homogeneous)
4214 ##### Note
4216 Declaring a `...` parameter is sometimes useful for techniques that don't involve actual argument passing, notably to declare "take-anything" functions so as to disable "everything else" in an overload set or express a catchall case in a template metaprogram.
4218 ##### Enforcement
4220 * Issue a diagnostic for using `va_list`, `va_start`, or `va_arg`.
4221 * Issue a diagnostic for passing an argument to a vararg parameter of a function that does not offer an overload for a more specific type in the position of the vararg. To fix: Use a different function, or `[[suppress("type")]]`.
4224 ### <a name="F-nesting"></a>F.56: Avoid unnecessary condition nesting
4226 ##### Reason
4228 Shallow nesting of conditions makes the code easier to follow. It also makes the intent clearer.
4229 Strive to place the essential code at outermost scope, unless this obscures intent.
4231 ##### Example
4233 Use a guard-clause to take care of exceptional cases and return early.
4235     // Bad: Deep nesting
4236     void foo() {
4237         ...
4238         if (x) {
4239             computeImportantThings(x);
4240         }
4241     }
4243     // Bad: Still a redundant else.
4244     void foo() {
4245         ...
4246         if (!x) {
4247             return;
4248         }
4249         else {
4250             computeImportantThings(x);
4251         }
4252     }
4254     // Good: Early return, no redundant else
4255     void foo() {
4256         ...
4257         if (!x)
4258             return;
4260         computeImportantThings(x);
4261     }
4263 ##### Example
4265     // Bad: Unnecessary nesting of conditions
4266     void foo() {
4267         ...
4268         if (x) {
4269             if (y) {
4270                 computeImportantThings(x);
4271             }
4272         }
4273     }
4275     // Good: Merge conditions + return early
4276     void foo() {
4277         ...
4278         if (!(x && y))
4279             return;
4281         computeImportantThings(x);
4282     }
4284 ##### Enforcement
4286 Flag a redundant `else`.
4287 Flag a functions whose body is simply a conditional statement enclosing a block.
4290 # <a name="S-class"></a>C: Classes and class hierarchies
4292 A class is a user-defined type, for which a programmer can define the representation, operations, and interfaces.
4293 Class hierarchies are used to organize related classes into hierarchical structures.
4295 Class rule summary:
4297 * [C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)](#Rc-org)
4298 * [C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently](#Rc-struct)
4299 * [C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class](#Rc-interface)
4300 * [C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class](#Rc-member)
4301 * [C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support](#Rc-helper)
4302 * [C.7: Don't define a class or enum and declare a variable of its type in the same statement](#Rc-standalone)
4303 * [C.8: Use `class` rather than `struct` if any member is non-public](#Rc-class)
4304 * [C.9: Minimize exposure of members](#Rc-private)
4306 Subsections:
4308 * [C.concrete: Concrete types](#SS-concrete)
4309 * [C.ctor: Constructors, assignments, and destructors](#S-ctor)
4310 * [C.con: Containers and other resource handles](#SS-containers)
4311 * [C.lambdas: Function objects and lambdas](#SS-lambdas)
4312 * [C.hier: Class hierarchies (OOP)](#SS-hier)
4313 * [C.over: Overloading and overloaded operators](#SS-overload)
4314 * [C.union: Unions](#SS-union)
4316 ### <a name="Rc-org"></a>C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)
4318 ##### Reason
4320 Ease of comprehension.
4321 If data is related (for fundamental reasons), that fact should be reflected in code.
4323 ##### Example
4325     void draw(int x, int y, int x2, int y2);  // BAD: unnecessary implicit relationships
4326     void draw(Point from, Point to);          // better
4328 ##### Note
4330 A simple class without virtual functions implies no space or time overhead.
4332 ##### Note
4334 From a language perspective `class` and `struct` differ only in the default visibility of their members.
4336 ##### Enforcement
4338 Probably impossible. Maybe a heuristic looking for data items used together is possible.
4340 ### <a name="Rc-struct"></a>C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently
4342 ##### Reason
4344 Readability.
4345 Ease of comprehension.
4346 The use of `class` alerts the programmer to the need for an invariant.
4347 This is a useful convention.
4349 ##### Note
4351 An invariant is a logical condition for the members of an object that a constructor must establish for the public member functions to assume.
4352 After the invariant is established (typically by a constructor) every member function can be called for the object.
4353 An invariant can be stated informally (e.g., in a comment) or more formally using `Expects`.
4355 If all data members can vary independently of each other, no invariant is possible.
4357 ##### Example
4359     struct Pair {  // the members can vary independently
4360         string name;
4361         int volume;
4362     };
4364 but:
4366     class Date {
4367     public:
4368         // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
4369         Date(int yy, Month mm, char dd);
4370         // ...
4371     private:
4372         int y;
4373         Month m;
4374         char d;    // day
4375     };
4377 ##### Note
4379 If a class has any `private` data, a user cannot completely initialize an object without the use of a constructor.
4380 Hence, the class definer will provide a constructor and must specify its meaning.
4381 This effectively means the definer need to define an invariant.
4383 **See also**:
4385 * [define a class with private data as `class`](#Rc-class)
4386 * [Prefer to place the interface first in a class](#Rl-order)
4387 * [minimize exposure of members](#Rc-private)
4388 * [Avoid `protected` data](#Rh-protected)
4390 ##### Enforcement
4392 Look for `struct`s with all data private and `class`es with public members.
4394 ### <a name="Rc-interface"></a>C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class
4396 ##### Reason
4398 An explicit distinction between interface and implementation improves readability and simplifies maintenance.
4400 ##### Example
4402     class Date {
4403     public:
4404         Date();
4405         // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
4406         Date(int yy, Month mm, char dd);
4408         int day() const;
4409         Month month() const;
4410         // ...
4411     private:
4412         // ... some representation ...
4413     };
4415 For example, we can now change the representation of a `Date` without affecting its users (recompilation is likely, though).
4417 ##### Note
4419 Using a class in this way to represent the distinction between interface and implementation is of course not the only way.
4420 For example, we can use a set of declarations of freestanding functions in a namespace, an abstract base class, or a function template with concepts to represent an interface.
4421 The most important issue is to explicitly distinguish between an interface and its implementation "details."
4422 Ideally, and typically, an interface is far more stable than its implementation(s).
4424 ##### Enforcement
4428 ### <a name="Rc-member"></a>C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class
4430 ##### Reason
4432 Less coupling than with member functions, fewer functions that can cause trouble by modifying object state, reduces the number of functions that needs to be modified after a change in representation.
4434 ##### Example
4436     class Date {
4437         // ... relatively small interface ...
4438     };
4440     // helper functions:
4441     Date next_weekday(Date);
4442     bool operator==(Date, Date);
4444 The "helper functions" have no need for direct access to the representation of a `Date`.
4446 ##### Note
4448 This rule becomes even better if C++ gets ["uniform function call"](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0251r0.pdf).
4450 ##### Exception
4452 The language requires `virtual` functions to be members, and not all `virtual` functions directly access data.
4453 In particular, members of an abstract class rarely do.
4455 Note [multi-methods](https://web.archive.org/web/20200605021759/https://parasol.tamu.edu/~yuriys/papers/OMM10.pdf).
4457 ##### Exception
4459 The language requires operators `=`, `()`, `[]`, and `->` to be members.
4461 ##### Exception
4463 An overload set could have some members that do not directly access `private` data:
4465     class Foobar {
4466     public:
4467         void foo(long x) { /* manipulate private data */ }
4468         void foo(double x) { foo(std::lround(x)); }
4469         // ...
4470     private:
4471         // ...
4472     };
4474 ##### Exception
4476 Similarly, a set of functions could be designed to be used in a chain:
4478     x.scale(0.5).rotate(45).set_color(Color::red);
4480 Typically, some but not all of such functions directly access `private` data.
4482 ##### Enforcement
4484 * Look for non-`virtual` member functions that do not touch data members directly.
4485 The snag is that many member functions that do not need to touch data members directly do.
4486 * Ignore `virtual` functions.
4487 * Ignore functions that are part of an overload set out of which at least one function accesses `private` members.
4488 * Ignore functions returning `this`.
4490 ### <a name="Rc-helper"></a>C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support
4492 ##### Reason
4494 A helper function is a function (usually supplied by the writer of a class) that does not need direct access to the representation of the class, yet is seen as part of the useful interface to the class.
4495 Placing them in the same namespace as the class makes their relationship to the class obvious and allows them to be found by argument dependent lookup.
4497 ##### Example
4499     namespace Chrono { // here we keep time-related services
4501         class Time { /* ... */ };
4502         class Date { /* ... */ };
4504         // helper functions:
4505         bool operator==(Date, Date);
4506         Date next_weekday(Date);
4507         // ...
4508     }
4510 ##### Note
4512 This is especially important for [overloaded operators](#Ro-namespace).
4514 ##### Enforcement
4516 * Flag global functions taking argument types from a single namespace.
4518 ### <a name="Rc-standalone"></a>C.7: Don't define a class or enum and declare a variable of its type in the same statement
4520 ##### Reason
4522 Mixing a type definition and the definition of another entity in the same declaration is confusing and unnecessary.
4524 ##### Example, bad
4526     struct Data { /*...*/ } data{ /*...*/ };
4528 ##### Example, good
4530     struct Data { /*...*/ };
4531     Data data{ /*...*/ };
4533 ##### Enforcement
4535 * Flag if the `}` of a class or enumeration definition is not followed by a `;`. The `;` is missing.
4537 ### <a name="Rc-class"></a>C.8: Use `class` rather than `struct` if any member is non-public
4539 ##### Reason
4541 Readability.
4542 To make it clear that something is being hidden/abstracted.
4543 This is a useful convention.
4545 ##### Example, bad
4547     struct Date {
4548         int d, m;
4550         Date(int i, Month m);
4551         // ... lots of functions ...
4552     private:
4553         int y;  // year
4554     };
4556 There is nothing wrong with this code as far as the C++ language rules are concerned,
4557 but nearly everything is wrong from a design perspective.
4558 The private data is hidden far from the public data.
4559 The data is split in different parts of the class declaration.
4560 Different parts of the data have different access.
4561 All of this decreases readability and complicates maintenance.
4563 ##### Note
4565 Prefer to place the interface first in a class, [see NL.16](#Rl-order).
4567 ##### Enforcement
4569 Flag classes declared with `struct` if there is a `private` or `protected` member.
4571 ### <a name="Rc-private"></a>C.9: Minimize exposure of members
4573 ##### Reason
4575 Encapsulation.
4576 Information hiding.
4577 Minimize the chance of unintended access.
4578 This simplifies maintenance.
4580 ##### Example
4582     template<typename T, typename U>
4583     struct pair {
4584         T a;
4585         U b;
4586         // ...
4587     };
4589 Whatever we do in the `//`-part, an arbitrary user of a `pair` can arbitrarily and independently change its `a` and `b`.
4590 In a large code base, we cannot easily find which code does what to the members of `pair`.
4591 This might be exactly what we want, but if we want to enforce a relation among members, we need to make them `private`
4592 and enforce that relation (invariant) through constructors and member functions.
4593 For example:
4595     class Distance {
4596     public:
4597         // ...
4598         double meters() const { return magnitude*unit; }
4599         void set_unit(double u)
4600         {
4601                 // ... check that u is a factor of 10 ...
4602                 // ... change magnitude appropriately ...
4603                 unit = u;
4604         }
4605         // ...
4606     private:
4607         double magnitude;
4608         double unit;    // 1 is meters, 1000 is kilometers, 0.001 is millimeters, etc.
4609     };
4611 ##### Note
4613 If the set of direct users of a set of variables cannot be easily determined, the type or usage of that set cannot be (easily) changed/improved.
4614 For `public` and `protected` data, that's usually the case.
4616 ##### Example
4618 A class can provide two interfaces to its users.
4619 One for derived classes (`protected`) and one for general users (`public`).
4620 For example, a derived class might be allowed to skip a run-time check because it has already guaranteed correctness:
4622     class Foo {
4623     public:
4624         int bar(int x) { check(x); return do_bar(x); }
4625         // ...
4626     protected:
4627         int do_bar(int x); // do some operation on the data
4628         // ...
4629     private:
4630         // ... data ...
4631     };
4633     class Dir : public Foo {
4634         //...
4635         int mem(int x, int y)
4636         {
4637             /* ... do something ... */
4638             return do_bar(x + y); // OK: derived class can bypass check
4639         }
4640     };
4642     void user(Foo& x)
4643     {
4644         int r1 = x.bar(1);      // OK, will check
4645         int r2 = x.do_bar(2);   // error: would bypass check
4646         // ...
4647     }
4649 ##### Note
4651 [`protected` data is a bad idea](#Rh-protected).
4653 ##### Note
4655 Prefer the order `public` members before `protected` members before `private` members; see [NL.16](#Rl-order).
4657 ##### Enforcement
4659 * [Flag protected data](#Rh-protected).
4660 * Flag mixtures of `public` and `private` data
4662 ## <a name="SS-concrete"></a>C.concrete: Concrete types
4664 Concrete type rule summary:
4666 * [C.10: Prefer concrete types over class hierarchies](#Rc-concrete)
4667 * [C.11: Make concrete types regular](#Rc-regular)
4668 * [C.12: Don't make data members `const` or references in a copyable or movable type](#Rc-constref)
4671 ### <a name="Rc-concrete"></a>C.10: Prefer concrete types over class hierarchies
4673 ##### Reason
4675 A concrete type is fundamentally simpler than a type in a class hierarchy:
4676 easier to design, easier to implement, easier to use, easier to reason about, smaller, and faster.
4677 You need a reason (use cases) for using a hierarchy.
4679 ##### Example
4681     class Point1 {
4682         int x, y;
4683         // ... operations ...
4684         // ... no virtual functions ...
4685     };
4687     class Point2 {
4688         int x, y;
4689         // ... operations, some virtual ...
4690         virtual ~Point2();
4691     };
4693     void use()
4694     {
4695         Point1 p11 {1, 2};   // make an object on the stack
4696         Point1 p12 {p11};    // a copy
4698         auto p21 = make_unique<Point2>(1, 2);   // make an object on the free store
4699         auto p22 = p21->clone();                // make a copy
4700         // ...
4701     }
4703 If a class is part of a hierarchy, we (in real code if not necessarily in small examples) must manipulate its objects through pointers or references.
4704 That implies more memory overhead, more allocations and deallocations, and more run-time overhead to perform the resulting indirections.
4706 ##### Note
4708 Concrete types can be stack-allocated and be members of other classes.
4710 ##### Note
4712 The use of indirection is fundamental for run-time polymorphic interfaces.
4713 The allocation/deallocation overhead is not (that's just the most common case).
4714 We can use a base class as the interface of a scoped object of a derived class.
4715 This is done where dynamic allocation is prohibited (e.g. hard-real-time) and to provide a stable interface to some kinds of plug-ins.
4718 ##### Enforcement
4723 ### <a name="Rc-regular"></a>C.11: Make concrete types regular
4725 ##### Reason
4727 Regular types are easier to understand and reason about than types that are not regular (irregularities requires extra effort to understand and use).
4729 The C++ built-in types are regular, and so are standard-library classes such as `string`, `vector`, and `map`. Concrete classes without assignment and equality can be defined, but they are (and should be) rare.
4731 ##### Example
4733     struct Bundle {
4734         string name;
4735         vector<Record> vr;
4736     };
4738     bool operator==(const Bundle& a, const Bundle& b)
4739     {
4740         return a.name == b.name && a.vr == b.vr;
4741     }
4743     Bundle b1 { "my bundle", {r1, r2, r3}};
4744     Bundle b2 = b1;
4745     if (!(b1 == b2)) error("impossible!");
4746     b2.name = "the other bundle";
4747     if (b1 == b2) error("No!");
4749 In particular, if a concrete type is copyable, prefer to also give it an equality comparison operator, and ensure that `a = b` implies `a == b`.
4751 ##### Note
4753 For structs intended to be shared with C code, defining `operator==` may not be feasible.
4755 ##### Note
4757 Handles for resources that cannot be cloned, e.g., a `scoped_lock` for a `mutex`, are concrete types but typically cannot be copied (instead, they can usually be moved),
4758 so they can't be regular; instead, they tend to be move-only.
4760 ##### Enforcement
4765 ### <a name="Rc-constref"></a>C.12: Don't make data members `const` or references in a copyable or movable type
4767 ##### Reason
4769 `const` and reference data members are not useful in a copyable or movable type, and make such types difficult to use by making them at least partly uncopyable/unmovable for subtle reasons.
4771 ##### Example; bad
4773     class bad {
4774         const int i;    // bad
4775         string& s;      // bad
4776         // ...
4777     };
4779 The `const` and `&` data members make this class "only-sort-of-copyable" -- copy-constructible but not copy-assignable.
4781 ##### Note
4783 If you need a member to point to something, use a pointer (raw or smart, and `gsl::not_null` if it should not be null) instead of a reference.
4785 ##### Enforcement
4787 Flag a data member that is `const`, `&`, or `&&` in a type that has any copy or move operation.
4791 ## <a name="S-ctor"></a>C.ctor: Constructors, assignments, and destructors
4793 These functions control the lifecycle of objects: creation, copy, move, and destruction.
4794 Define constructors to guarantee and simplify initialization of classes.
4796 These are *default operations*:
4798 * a default constructor: `X()`
4799 * a copy constructor: `X(const X&)`
4800 * a copy assignment: `operator=(const X&)`
4801 * a move constructor: `X(X&&)`
4802 * a move assignment: `operator=(X&&)`
4803 * a destructor: `~X()`
4805 By default, the compiler defines each of these operations if it is used, but the default can be suppressed.
4807 The default operations are a set of related operations that together implement the lifecycle semantics of an object.
4808 By default, C++ treats classes as value-like types, but not all types are value-like.
4810 Set of default operations rules:
4812 * [C.20: If you can avoid defining any default operations, do](#Rc-zero)
4813 * [C.21: If you define or `=delete` any copy, move, or destructor function, define or `=delete` them all](#Rc-five)
4814 * [C.22: Make default operations consistent](#Rc-matched)
4816 Destructor rules:
4818 * [C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction](#Rc-dtor)
4819 * [C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor](#Rc-dtor-release)
4820 * [C.32: If a class has a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`), consider whether it might be owning](#Rc-dtor-ptr)
4821 * [C.33: If a class has an owning pointer member, define a destructor](#Rc-dtor-ptr2)
4822 * [C.35: A base class destructor should be either public and virtual, or protected and non-virtual](#Rc-dtor-virtual)
4823 * [C.36: A destructor must not fail](#Rc-dtor-fail)
4824 * [C.37: Make destructors `noexcept`](#Rc-dtor-noexcept)
4826 Constructor rules:
4828 * [C.40: Define a constructor if a class has an invariant](#Rc-ctor)
4829 * [C.41: A constructor should create a fully initialized object](#Rc-complete)
4830 * [C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
4831 * [C.43: Ensure that a copyable class has a default constructor](#Rc-default0)
4832 * [C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing](#Rc-default00)
4833 * [C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use member initializers instead](#Rc-default)
4834 * [C.46: By default, declare single-argument constructors `explicit`](#Rc-explicit)
4835 * [C.47: Define and initialize data members in the order of member declaration](#Rc-order)
4836 * [C.48: Prefer default member initializers to member initializers in constructors for constant initializers](#Rc-in-class-initializer)
4837 * [C.49: Prefer initialization to assignment in constructors](#Rc-initialize)
4838 * [C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization](#Rc-factory)
4839 * [C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class](#Rc-delegating)
4840 * [C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization](#Rc-inheriting)
4842 Copy and move rules:
4844 * [C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`](#Rc-copy-assignment)
4845 * [C.61: A copy operation should copy](#Rc-copy-semantic)
4846 * [C.62: Make copy assignment safe for self-assignment](#Rc-copy-self)
4847 * [C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const&`](#Rc-move-assignment)
4848 * [C.64: A move operation should move and leave its source in a valid state](#Rc-move-semantic)
4849 * [C.65: Make move assignment safe for self-assignment](#Rc-move-self)
4850 * [C.66: Make move operations `noexcept`](#Rc-move-noexcept)
4851 * [C.67: A polymorphic class should suppress public copy/move](#Rc-copy-virtual)
4853 Other default operations rules:
4855 * [C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics](#Rc-eqdefault)
4856 * [C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)](#Rc-delete)
4857 * [C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors](#Rc-ctor-virtual)
4858 * [C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function](#Rc-swap)
4859 * [C.84: A `swap` must not fail](#Rc-swap-fail)
4860 * [C.85: Make `swap` `noexcept`](#Rc-swap-noexcept)
4861 * [C.86: Make `==` symmetric with respect of operand types and `noexcept`](#Rc-eq)
4862 * [C.87: Beware of `==` on base classes](#Rc-eq-base)
4863 * [C.89: Make a `hash` `noexcept`](#Rc-hash)
4864 * [C.90: Rely on constructors and assignment operators, not memset and memcpy](#Rc-memset)
4866 ## <a name="SS-defop"></a>C.defop: Default Operations
4868 By default, the language supplies the default operations with their default semantics.
4869 However, a programmer can disable or replace these defaults.
4871 ### <a name="Rc-zero"></a>C.20: If you can avoid defining default operations, do
4873 ##### Reason
4875 It's the simplest and gives the cleanest semantics.
4877 ##### Example
4879     struct Named_map {
4880     public:
4881         // ... no default operations declared ...
4882     private:
4883         string name;
4884         map<int, int> rep;
4885     };
4887     Named_map nm;        // default construct
4888     Named_map nm2 {nm};  // copy construct
4890 Since `std::map` and `string` have all the special functions, no further work is needed.
4892 ##### Note
4894 This is known as "the rule of zero".
4896 ##### Enforcement
4898 (Not enforceable) While not enforceable, a good static analyzer can detect patterns that indicate a possible improvement to meet this rule.
4899 For example, a class with a (pointer, size) pair of members and a destructor that `delete`s the pointer could probably be converted to a `vector`.
4901 ### <a name="Rc-five"></a>C.21: If you define or `=delete` any copy, move, or destructor function, define or `=delete` them all
4903 ##### Reason
4905 The semantics of copy, move, and destruction are closely related, so if one needs to be declared, the odds are that others need consideration too.
4907 Declaring any copy/move/destructor function,
4908 even as `=default` or `=delete`, will suppress the implicit declaration
4909 of a move constructor and move assignment operator.
4910 Declaring a move constructor or move assignment operator, even as
4911 `=default` or `=delete`, will cause an implicitly generated copy constructor
4912 or implicitly generated copy assignment operator to be defined as deleted.
4913 So as soon as any of these are declared, the others should
4914 all be declared to avoid unwanted effects like turning all potential moves
4915 into more expensive copies, or making a class move-only.
4917 ##### Example, bad
4919     struct M2 {   // bad: incomplete set of copy/move/destructor operations
4920     public:
4921         // ...
4922         // ... no copy or move operations ...
4923         ~M2() { delete[] rep; }
4924     private:
4925         pair<int, int>* rep;  // zero-terminated set of pairs
4926     };
4928     void use()
4929     {
4930         M2 x;
4931         M2 y;
4932         // ...
4933         x = y;   // the default assignment
4934         // ...
4935     }
4937 Given that "special attention" was needed for the destructor (here, to deallocate), the likelihood that the implicitly-defined copy and move assignment operators will be correct is low (here, we would get double deletion).
4939 ##### Note
4941 This is known as "the rule of five."
4943 ##### Note
4945 If you want a default implementation (while defining another), write `=default` to show you're doing so intentionally for that function.
4946 If you don't want a generated default function, suppress it with `=delete`.
4948 ##### Example, good
4950 When a destructor needs to be declared just to make it `virtual`, it can be
4951 defined as defaulted.
4953     class AbstractBase {
4954     public:
4955         virtual void foo() = 0;  // at least one abstract method to make the class abstract
4956         virtual ~AbstractBase() = default;
4957         // ...
4958     };
4960 To prevent slicing as per [C.67](#Rc-copy-virtual),
4961 make the copy and move operations protected or `=delete`d, and add a `clone`:
4963     class CloneableBase {
4964     public:
4965         virtual unique_ptr<CloneableBase> clone() const;
4966         virtual ~CloneableBase() = default;
4967         CloneableBase() = default;
4968         CloneableBase(const CloneableBase&) = delete;
4969         CloneableBase& operator=(const CloneableBase&) = delete;
4970         CloneableBase(CloneableBase&&) = delete;
4971         CloneableBase& operator=(CloneableBase&&) = delete;
4972         // ... other constructors and functions ...
4973     };
4975 Defining only the move operations or only the copy operations would have the
4976 same effect here, but stating the intent explicitly for each special member
4977 makes it more obvious to the reader.
4979 ##### Note
4981 Compilers enforce much of this rule and ideally warn about any violation.
4983 ##### Note
4985 Relying on an implicitly generated copy operation in a class with a destructor is deprecated.
4987 ##### Note
4989 Writing these functions can be error-prone.
4990 Note their argument types:
4992     class X {
4993     public:
4994         // ...
4995         virtual ~X() = default;               // destructor (virtual if X is meant to be a base class)
4996         X(const X&) = default;                // copy constructor
4997         X& operator=(const X&) = default;     // copy assignment
4998         X(X&&) noexcept = default;            // move constructor
4999         X& operator=(X&&) noexcept = default; // move assignment
5000     };
5002 A minor mistake (such as a misspelling, leaving out a `const`, using `&` instead of `&&`, or leaving out a special function) can lead to errors or warnings.
5003 To avoid the tedium and the possibility of errors, try to follow the [rule of zero](#Rc-zero).
5005 ##### Enforcement
5007 (Simple) A class should have a declaration (even a `=delete` one) for either all or none of the copy/move/destructor functions.
5009 ### <a name="Rc-matched"></a>C.22: Make default operations consistent
5011 ##### Reason
5013 The default operations are conceptually a matched set. Their semantics are interrelated.
5014 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.
5016 ##### Example, bad
5018     class Silly {   // BAD: Inconsistent copy operations
5019         class Impl {
5020             // ...
5021         };
5022         shared_ptr<Impl> p;
5023     public:
5024         Silly(const Silly& a) : p(make_shared<Impl>()) { *p = *a.p; }   // deep copy
5025         Silly& operator=(const Silly& a) { p = a.p; return *this; }   // shallow copy
5026         // ...
5027     };
5029 These operations disagree about copy semantics. This will lead to confusion and bugs.
5031 ##### Enforcement
5033 * (Complex) A copy/move constructor and the corresponding copy/move assignment operator should write to the same data members at the same level of dereference.
5034 * (Complex) Any data members written in a copy/move constructor should also be initialized by all other constructors.
5035 * (Complex) If a copy/move constructor performs a deep copy of a data member, then the destructor should modify the data member.
5036 * (Complex) If a destructor is modifying a data member, that data member should be written in any copy/move constructors or assignment operators.
5038 ## <a name="SS-dtor"></a>C.dtor: Destructors
5040 "Does this class need a destructor?" is a surprisingly insightful design question.
5041 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);
5042 that is, its members can take care of themselves as concerns destruction.
5043 If the answer is "yes", much of the design of the class follows (see [the rule of five](#Rc-five)).
5045 ### <a name="Rc-dtor"></a>C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction
5047 ##### Reason
5049 A destructor is implicitly invoked at the end of an object's lifetime.
5050 If the default destructor is sufficient, use it.
5051 Only define a non-default destructor if a class needs to execute code that is not already part of its members' destructors.
5053 ##### Example
5055     template<typename A>
5056     struct final_action {   // slightly simplified
5057         A act;
5058         final_action(A a) : act{a} {}
5059         ~final_action() { act(); }
5060     };
5062     template<typename A>
5063     final_action<A> finally(A act)   // deduce action type
5064     {
5065         return final_action<A>{act};
5066     }
5068     void test()
5069     {
5070         auto act = finally([] { cout << "Exit test\n"; });  // establish exit action
5071         // ...
5072         if (something) return;   // act done here
5073         // ...
5074     } // act done here
5076 The whole purpose of `final_action` is to get a piece of code (usually a lambda) executed upon destruction.
5078 ##### Note
5080 There are two general categories of classes that need a user-defined destructor:
5082 * A class with a resource that is not already represented as a class with a destructor, e.g., a `vector` or a transaction class.
5083 * A class that exists primarily to execute an action upon destruction, such as a tracer or `final_action`.
5085 ##### Example, bad
5087     class Foo {   // bad; use the default destructor
5088     public:
5089         // ...
5090         ~Foo() { s = ""; i = 0; vi.clear(); }  // clean up
5091     private:
5092         string s;
5093         int i;
5094         vector<int> vi;
5095     };
5097 The default destructor does it better, more efficiently, and can't get it wrong.
5099 ##### Enforcement
5101 Look for likely "implicit resources", such as pointers and references. Look for classes with destructors even though all their data members have destructors.
5103 ### <a name="Rc-dtor-release"></a>C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor
5105 ##### Reason
5107 Prevention of resource leaks, especially in error cases.
5109 ##### Note
5111 For resources represented as classes with a complete set of default operations, this happens automatically.
5113 ##### Example
5115     class X {
5116         ifstream f;   // might own a file
5117         // ... no default operations defined or =deleted ...
5118     };
5120 `X`'s `ifstream` implicitly closes any file it might have open upon destruction of its `X`.
5122 ##### Example, bad
5124     class X2 {     // bad
5125         FILE* f;   // might own a file
5126         // ... no default operations defined or =deleted ...
5127     };
5129 `X2` might leak a file handle.
5131 ##### Note
5133 What about a socket that won't close? A destructor, close, or cleanup operation [should never fail](#Rc-dtor-fail).
5134 If it does nevertheless, we have a problem that has no really good solution.
5135 For starters, the writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
5136 See [discussion](#Sd-never-fail).
5137 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
5138 Many have tried to solve this problem, but no general solution is known.
5139 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
5141 ##### Note
5143 A class can hold pointers and references to objects that it does not own.
5144 Obviously, such objects should not be `delete`d by the class's destructor.
5145 For example:
5147     Preprocessor pp { /* ... */ };
5148     Parser p { pp, /* ... */ };
5149     Type_checker tc { p, /* ... */ };
5151 Here `p` refers to `pp` but does not own it.
5153 ##### Enforcement
5155 * (Simple) If a class has pointer or reference members that are owners
5156   (e.g., deemed owners by using `gsl::owner`), then they should be referenced in its destructor.
5157 * (Hard) Determine if pointer or reference members are owners when there is no explicit statement of ownership
5158   (e.g., look into the constructors).
5160 ### <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
5162 ##### Reason
5164 There is a lot of code that is non-specific about ownership.
5166 ##### Example
5168     class legacy_class
5169     {
5170         foo* m_owning;   // Bad: change to unique_ptr<T> or owner<T*>
5171         bar* m_observer; // OK: keep
5172     }
5174 The only way to determine ownership may be code analysis.
5176 ##### Note
5178 Ownership should be clear in new code (and refactored legacy code) according to [R.20](#Rr-owner) for owning
5179 pointers and [R.3](#Rr-ptr) for non-owning pointers.  References should never own [R.4](#Rr-ref).
5181 ##### Enforcement
5183 Look at the initialization of raw member pointers and member references and see if an allocation is used.
5185 ### <a name="Rc-dtor-ptr2"></a>C.33: If a class has an owning pointer member, define a destructor
5187 ##### Reason
5189 An owned object must be `deleted` upon destruction of the object that owns it.
5191 ##### Example
5193 A pointer member could represent a resource.
5194 [A `T*` should not do so](#Rr-ptr), but in older code, that's common.
5195 Consider a `T*` a possible owner and therefore suspect.
5197     template<typename T>
5198     class Smart_ptr {
5199         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
5200         // ...
5201     public:
5202         // ... no user-defined default operations ...
5203     };
5205     void use(Smart_ptr<int> p1)
5206     {
5207         // error: p2.p leaked (if not nullptr and not owned by some other code)
5208         auto p2 = p1;
5209     }
5211 Note that if you define a destructor, you must define or delete [all default operations](#Rc-five):
5213     template<typename T>
5214     class Smart_ptr2 {
5215         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
5216         // ...
5217     public:
5218         // ... no user-defined copy operations ...
5219         ~Smart_ptr2() { delete p; }  // p is an owner!
5220     };
5222     void use(Smart_ptr2<int> p1)
5223     {
5224         auto p2 = p1;   // error: double deletion
5225     }
5227 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:
5229     template<typename T>
5230     class Smart_ptr3 {
5231         owner<T*> p;   // OK: explicit about ownership of *p
5232         // ...
5233     public:
5234         // ...
5235         // ... copy and move operations ...
5236         ~Smart_ptr3() { delete p; }
5237     };
5239     void use(Smart_ptr3<int> p1)
5240     {
5241         auto p2 = p1;   // OK: no double deletion
5242     }
5244 ##### Note
5246 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.
5248 ##### Note
5250 Why not just require all owning pointers to be "smart pointers"?
5251 That would sometimes require non-trivial code changes and might affect ABIs.
5253 ##### Enforcement
5255 * A class with a pointer data member is suspect.
5256 * A class with an `owner<T>` should define its default operations.
5259 ### <a name="Rc-dtor-virtual"></a>C.35: A base class destructor should be either public and virtual, or protected and non-virtual
5261 ##### Reason
5263 To prevent undefined behavior.
5264 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.
5265 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.
5266 In general, the writer of a base class does not know the appropriate action to be done upon destruction.
5268 ##### Discussion
5270 See [this in the Discussion section](#Sd-dtor).
5272 ##### Example, bad
5274     struct Base {  // BAD: implicitly has a public non-virtual destructor
5275         virtual void f();
5276     };
5278     struct D : Base {
5279         string s {"a resource needing cleanup"};
5280         ~D() { /* ... do some cleanup ... */ }
5281         // ...
5282     };
5284     void use()
5285     {
5286         unique_ptr<Base> p = make_unique<D>();
5287         // ...
5288     } // p's destruction calls ~Base(), not ~D(), which leaks D::s and possibly more
5290 ##### Note
5292 A virtual function defines an interface to derived classes that can be used without looking at the derived classes.
5293 If the interface allows destroying, it should be safe to do so.
5295 ##### Note
5297 A destructor must be non-private or it will prevent using the type:
5299     class X {
5300         ~X();   // private destructor
5301         // ...
5302     };
5304     void use()
5305     {
5306         X a;                        // error: cannot destroy
5307         auto p = make_unique<X>();  // error: cannot destroy
5308     }
5310 ##### Exception
5312 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.
5315 ##### Enforcement
5317 * A class with any virtual functions should have a destructor that is either public and virtual or else protected and non-virtual.
5318 * If a class inherits publicly from a base class, the base class should have a destructor that is either public and virtual or else protected and non-virtual.
5320 ### <a name="Rc-dtor-fail"></a>C.36: A destructor must not fail
5322 ##### Reason
5324 In general we do not know how to write error-free code if a destructor should fail.
5325 The standard library requires that all classes it deals with have destructors that do not exit by throwing.
5327 ##### Example
5329     class X {
5330     public:
5331         ~X() noexcept;
5332         // ...
5333     };
5335     X::~X() noexcept
5336     {
5337         // ...
5338         if (cannot_release_a_resource) terminate();
5339         // ...
5340     }
5342 ##### Note
5344 Many have tried to devise a fool-proof scheme for dealing with failure in destructors.
5345 None have succeeded to come up with a general scheme.
5346 This can be a real practical problem: For example, what about a socket that won't close?
5347 The writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
5348 See [discussion](#Sd-never-fail).
5349 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
5350 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
5352 ##### Note
5354 Declare a destructor `noexcept`. That will ensure that it either completes normally or terminates the program.
5356 ##### Note
5358 If a resource cannot be released and the program must not fail, try to signal the failure to the rest of the system somehow
5359 (maybe even by modifying some global state and hope something will notice and be able to take care of the problem).
5360 Be fully aware that this technique is special-purpose and error-prone.
5361 Consider the "my connection will not close" example.
5362 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.
5363 The destructor could send a message (somehow) to the responsible part of the system, consider that to have closed the connection, and return normally.
5365 ##### Note
5367 If a destructor uses operations that could fail, it can catch exceptions and in some cases still complete successfully
5368 (e.g., by using a different clean-up mechanism from the one that threw an exception).
5370 ##### Enforcement
5372 (Simple) A destructor should be declared `noexcept` if it could throw.
5374 ### <a name="Rc-dtor-noexcept"></a>C.37: Make destructors `noexcept`
5376 ##### Reason
5378  [A destructor must not fail](#Rc-dtor-fail). If a destructor tries to exit with an exception, it's a bad design error and the program had better terminate.
5380 ##### Note
5382 A destructor (either user-defined or compiler-generated) is implicitly declared `noexcept` (independently of what code is in its body) if all of the members of its class have `noexcept` destructors. By explicitly marking destructors `noexcept`, an author guards against the destructor becoming implicitly `noexcept(false)` through the addition or modification of a class member.
5384 ##### Example
5386 Not all destructors are noexcept by default; one throwing member poisons the whole class hierarchy
5388     struct X {
5389         Details x;  // happens to have a throwing destructor
5390         // ...
5391         ~X() { }    // implicitly noexcept(false); aka can throw
5392     };
5394 So, if in doubt, declare a destructor noexcept.
5396 ##### Note
5398 Why not then declare all destructors noexcept?
5399 Because that would in many cases -- especially simple cases -- be distracting clutter.
5401 ##### Enforcement
5403 (Simple) A destructor should be declared `noexcept` if it could throw.
5405 ## <a name="SS-ctor"></a>C.ctor: Constructors
5407 A constructor defines how an object is initialized (constructed).
5409 ### <a name="Rc-ctor"></a>C.40: Define a constructor if a class has an invariant
5411 ##### Reason
5413 That's what constructors are for.
5415 ##### Example
5417     class Date {  // a Date represents a valid date
5418                   // in the January 1, 1900 to December 31, 2100 range
5419         Date(int dd, int mm, int yy)
5420             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
5421         {
5422             if (!is_valid(d, m, y)) throw Bad_date{};  // enforce invariant
5423         }
5424         // ...
5425     private:
5426         int d, m, y;
5427     };
5429 It is often a good idea to express the invariant as an `Ensures` on the constructor.
5431 ##### Note
5433 A constructor can be used for convenience even if a class does not have an invariant. For example:
5435     struct Rec {
5436         string s;
5437         int i {0};
5438         Rec(const string& ss) : s{ss} {}
5439         Rec(int ii) :i{ii} {}
5440     };
5442     Rec r1 {7};
5443     Rec r2 {"Foo bar"};
5445 ##### Note
5447 The C++11 initializer list rule eliminates the need for many constructors. For example:
5449     struct Rec2{
5450         string s;
5451         int i;
5452         Rec2(const string& ss, int ii = 0) :s{ss}, i{ii} {}   // redundant
5453     };
5455     Rec2 r1 {"Foo", 7};
5456     Rec2 r2 {"Bar"};
5458 The `Rec2` constructor is redundant.
5459 Also, the default for `int` would be better done as a [default member initializer](#Rc-in-class-initializer).
5461 **See also**: [construct valid object](#Rc-complete) and [constructor throws](#Rc-throw).
5463 ##### Enforcement
5465 * Flag classes with user-defined copy operations but no constructor (a user-defined copy is a good indicator that the class has an invariant)
5467 ### <a name="Rc-complete"></a>C.41: A constructor should create a fully initialized object
5469 ##### Reason
5471 A constructor establishes the invariant for a class. A user of a class should be able to assume that a constructed object is usable.
5473 ##### Example, bad
5475     class X1 {
5476         FILE* f;   // call init() before any other function
5477         // ...
5478     public:
5479         X1() {}
5480         void init();   // initialize f
5481         void read();   // read from f
5482         // ...
5483     };
5485     void f()
5486     {
5487         X1 file;
5488         file.read();   // crash or bad read!
5489         // ...
5490         file.init();   // too late
5491         // ...
5492     }
5494 Compilers do not read comments.
5496 ##### Exception
5498 If a valid object cannot conveniently be constructed by a constructor, [use a factory function](#Rc-factory).
5500 ##### Enforcement
5502 * (Simple) Every constructor should initialize every data member (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
5503 * (Unknown) If a constructor has an `Ensures` contract, try to see if it holds as a postcondition.
5505 ##### Note
5507 If a constructor acquires a resource (to create a valid object), that resource should be [released by the destructor](#Rc-dtor-release).
5508 The idiom of having constructors acquire resources and destructors release them is called [RAII](#Rr-raii) ("Resource Acquisition Is Initialization").
5510 ### <a name="Rc-throw"></a>C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception
5512 ##### Reason
5514 Leaving behind an invalid object is asking for trouble.
5516 ##### Example
5518     class X2 {
5519         FILE* f;
5520         // ...
5521     public:
5522         X2(const string& name)
5523             :f{fopen(name.c_str(), "r")}
5524         {
5525             if (!f) throw runtime_error{"could not open" + name};
5526             // ...
5527         }
5529         void read();      // read from f
5530         // ...
5531     };
5533     void f()
5534     {
5535         X2 file {"Zeno"}; // throws if file isn't open
5536         file.read();      // fine
5537         // ...
5538     }
5540 ##### Example, bad
5542     class X3 {     // bad: the constructor leaves a non-valid object behind
5543         FILE* f;   // call is_valid() before any other function
5544         bool valid;
5545         // ...
5546     public:
5547         X3(const string& name)
5548             :f{fopen(name.c_str(), "r")}, valid{false}
5549         {
5550             if (f) valid = true;
5551             // ...
5552         }
5554         bool is_valid() { return valid; }
5555         void read();   // read from f
5556         // ...
5557     };
5559     void f()
5560     {
5561         X3 file {"Heraclides"};
5562         file.read();   // crash or bad read!
5563         // ...
5564         if (file.is_valid()) {
5565             file.read();
5566             // ...
5567         }
5568         else {
5569             // ... handle error ...
5570         }
5571         // ...
5572     }
5574 ##### Note
5576 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.
5577 Leaving behind an invalid object and relying on users to consistently check an `is_valid()` function before use is tedious, error-prone, and inefficient.
5579 ##### Exception
5581 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.
5582 There the `is_valid()` technique must be used. In such cases, check `is_valid()` consistently and immediately to simulate [RAII](#Rr-raii).
5584 ##### Alternative
5586 If you feel tempted to use some "post-constructor initialization" or "two-stage initialization" idiom, try not to do that.
5587 If you really have to, look at [factory functions](#Rc-factory).
5589 ##### Note
5591 One reason people have used `init()` functions rather than doing the initialization work in a constructor has been to avoid code replication.
5592 [Delegating constructors](#Rc-delegating) and [default member initialization](#Rc-in-class-initializer) do that better.
5593 Another reason has been to delay initialization until an object is needed; the solution to that is often [not to declare a variable until it can be properly initialized](#Res-init)
5595 ##### Enforcement
5599 ### <a name="Rc-default0"></a>C.43: Ensure that a copyable class has a default constructor
5601 ##### Reason
5603 That is, ensure that if a concrete class is copyable it also satisfies the rest of "semiregular."
5605 Many language and library facilities rely on default constructors to initialize their elements, e.g. `T a[10]` and `std::vector<T> v(10)`.
5606 A default constructor often simplifies the task of defining a suitable [moved-from state](#???) for a type that is also copyable.
5608 ##### Example
5610     class Date { // BAD: no default constructor
5611     public:
5612         Date(int dd, int mm, int yyyy);
5613         // ...
5614     };
5616     vector<Date> vd1(1000);   // default Date needed here
5617     vector<Date> vd2(1000, Date{7, Month::October, 1885});   // alternative
5619 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.
5620 The absence of a default value can cause surprises for users and complicate its use, so if one can be reasonably defined, it should be.
5622 `Date` is chosen to encourage thought:
5623 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.
5624 `{0, 0, 0}` is not a valid date in most calendar systems, so choosing that would be introducing something like floating-point's `NaN`.
5625 However, most realistic `Date` classes have a "first date" (e.g. January 1, 1970 is popular), so making that the default is usually trivial.
5627     class Date {
5628     public:
5629         Date(int dd, int mm, int yyyy);
5630         Date() = default; // [See also](#Rc-default)
5631         // ...
5632     private:
5633         int dd {1};
5634         int mm {1};
5635         int yyyy {1970};
5636         // ...
5637     };
5639     vector<Date> vd1(1000);
5641 ##### Note
5643 A class with members that all have default constructors implicitly gets a default constructor:
5645     struct X {
5646         string s;
5647         vector<int> v;
5648     };
5650     X x; // means X{ { }, { } }; that is the empty string and the empty vector
5652 Beware that built-in types are not properly default constructed:
5654     struct X {
5655         string s;
5656         int i;
5657     };
5659     void f()
5660     {
5661         X x;    // x.s is initialized to the empty string; x.i is uninitialized
5663         cout << x.s << ' ' << x.i << '\n';
5664         ++x.i;
5665     }
5667 Statically allocated objects of built-in types are by default initialized to `0`, but local built-in variables are not.
5668 Beware that your compiler might default initialize local built-in variables, whereas an optimized build will not.
5669 Thus, code like the example above might appear to work, but it relies on undefined behavior.
5670 Assuming that you want initialization, an explicit default initialization can help:
5672     struct X {
5673         string s;
5674         int i {};   // default initialize (to 0)
5675     };
5677 ##### Notes
5679 Classes that don't have a reasonable default construction are usually not copyable either, so they don't fall under this guideline.
5681 For example, a base class should not be copyable, and so does not necessarily need a default constructor:
5683     // Shape is an abstract base class, not a copyable type.
5684     // It might or might not need a default constructor.
5685     struct Shape {
5686         virtual void draw() = 0;
5687         virtual void rotate(int) = 0;
5688         // =delete copy/move functions
5689         // ...
5690     };
5692 A class that must acquire a caller-provided resource during construction often cannot have a default constructor, but it does not fall under this guideline because such a class is usually not copyable anyway:
5694     // std::lock_guard is not a copyable type.
5695     // It does not have a default constructor.
5696     lock_guard g {mx};  // guard the mutex mx
5697     lock_guard g2;      // error: guarding nothing
5699 A class that has a "special state" that must be handled separately from other states by member functions or users causes extra work
5700 (and most likely more errors). Such a type can naturally use the special state as a default constructed value, whether or not it is copyable:
5702     // std::ofstream is not a copyable type.
5703     // It does happen to have a default constructor
5704     // that goes along with a special "not open" state.
5705     ofstream out {"Foobar"};
5706     // ...
5707     out << log(time, transaction);
5709 Similar special-state types that are copyable, such as copyable smart pointers that have the special state "==nullptr", should use the special state as their default constructed value.
5711 However, it is preferable to have a default constructor default to a meaningful state such as `std::string`s `""` and `std::vector`s `{}`.
5713 ##### Enforcement
5715 * Flag classes that are copyable by `=` without a default constructor
5716 * Flag classes that are comparable with `==` but not copyable
5719 ### <a name="Rc-default00"></a>C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing
5721 ##### Reason
5723 Being able to set a value to "the default" without operations that might fail simplifies error handling and reasoning about move operations.
5725 ##### Example, problematic
5727     template<typename T>
5728     // elem points to space-elem element allocated using new
5729     class Vector0 {
5730     public:
5731         Vector0() :Vector0{0} {}
5732         Vector0(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
5733         // ...
5734     private:
5735         own<T*> elem;
5736         T* space;
5737         T* last;
5738     };
5740 This is nice and general, but setting a `Vector0` to empty after an error involves an allocation, which might fail.
5741 Also, having a default `Vector` represented as `{new T[0], 0, 0}` seems wasteful.
5742 For example, `Vector0<int> v[100]` costs 100 allocations.
5744 ##### Example
5746     template<typename T>
5747     // elem is nullptr or elem points to space-elem element allocated using new
5748     class Vector1 {
5749     public:
5750         // sets the representation to {nullptr, nullptr, nullptr}; doesn't throw
5751         Vector1() noexcept {}
5752         Vector1(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
5753         // ...
5754     private:
5755         own<T*> elem {};
5756         T* space {};
5757         T* last {};
5758     };
5760 Using `{nullptr, nullptr, nullptr}` makes `Vector1{}` cheap, but a special case and implies run-time checks.
5761 Setting a `Vector1` to empty after detecting an error is trivial.
5763 ##### Enforcement
5765 * Flag throwing default constructors
5767 ### <a name="Rc-default"></a>C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use default member initializers instead
5769 ##### Reason
5771 Using default member initializers lets the compiler generate the function for you. The compiler-generated function can be more efficient.
5773 ##### Example, bad
5775     class X1 { // BAD: doesn't use member initializers
5776         string s;
5777         int i;
5778     public:
5779         X1() :s{"default"}, i{1} { }
5780         // ...
5781     };
5783 ##### Example
5785     class X2 {
5786         string s {"default"};
5787         int i {1};
5788     public:
5789         // use compiler-generated default constructor
5790         // ...
5791     };
5793 ##### Enforcement
5795 (Simple) A default constructor should do more than just initialize data members with constants.
5797 ### <a name="Rc-explicit"></a>C.46: By default, declare single-argument constructors explicit
5799 ##### Reason
5801 To avoid unintended conversions.
5803 ##### Example, bad
5805     class String {
5806     public:
5807         String(int);   // BAD
5808         // ...
5809     };
5811     String s = 10;   // surprise: string of size 10
5813 ##### Exception
5815 If you really want an implicit conversion from the constructor argument type to the class type, don't use `explicit`:
5817     class Complex {
5818     public:
5819         Complex(double d);   // OK: we want a conversion from d to {d, 0}
5820         // ...
5821     };
5823     Complex z = 10.7;   // unsurprising conversion
5825 **See also**: [Discussion of implicit conversions](#Ro-conversion)
5827 ##### Note
5829 Copy and move constructors should not be made `explicit` because they do not perform conversions. Explicit copy/move constructors make passing and returning by value difficult.
5831 ##### Enforcement
5833 (Simple) Single-argument constructors should be declared `explicit`. Good single argument non-`explicit` constructors are rare in most code bases. Warn for all that are not on a "positive list".
5835 ### <a name="Rc-order"></a>C.47: Define and initialize data members in the order of member declaration
5837 ##### Reason
5839 To minimize confusion and errors. That is the order in which the initialization happens (independent of the order of member initializers).
5841 ##### Example, bad
5843     class Foo {
5844         int m1;
5845         int m2;
5846     public:
5847         Foo(int x) :m2{x}, m1{++x} { }   // BAD: misleading initializer order
5848         // ...
5849     };
5851     Foo x(1); // surprise: x.m1 == x.m2 == 2
5853 ##### Enforcement
5855 (Simple) A member initializer list should mention the members in the same order they are declared.
5857 **See also**: [Discussion](#Sd-order)
5859 ### <a name="Rc-in-class-initializer"></a>C.48: Prefer default member initializers to member initializers in constructors for constant initializers
5861 ##### Reason
5863 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.
5865 ##### Example, bad
5867     class X {   // BAD
5868         int i;
5869         string s;
5870         int j;
5871     public:
5872         X() :i{666}, s{"qqq"} { }   // j is uninitialized
5873         X(int ii) :i{ii} {}         // s is "" and j is uninitialized
5874         // ...
5875     };
5877 How would a maintainer know whether `j` was deliberately uninitialized (probably a bad idea anyway) and whether it was intentional to give `s` the default value `""` in one case and `qqq` in another (almost certainly a bug)? The problem with `j` (forgetting to initialize a member) often happens when a new member is added to an existing class.
5879 ##### Example
5881     class X2 {
5882         int i {666};
5883         string s {"qqq"};
5884         int j {0};
5885     public:
5886         X2() = default;        // all members are initialized to their defaults
5887         X2(int ii) :i{ii} {}   // s and j initialized to their defaults
5888         // ...
5889     };
5891 **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:
5893     class X3 {   // BAD: inexplicit, argument passing overhead
5894         int i;
5895         string s;
5896         int j;
5897     public:
5898         X3(int ii = 666, const string& ss = "qqq", int jj = 0)
5899             :i{ii}, s{ss}, j{jj} { }   // all members are initialized to their defaults
5900         // ...
5901     };
5903 ##### Enforcement
5905 * (Simple) Every constructor should initialize every data member (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
5906 * (Simple) Default arguments to constructors suggest a default member initializer might be more appropriate.
5908 ### <a name="Rc-initialize"></a>C.49: Prefer initialization to assignment in constructors
5910 ##### Reason
5912 An initialization explicitly states that initialization, rather than assignment, is done and can be more elegant and efficient. Prevents "use before set" errors.
5914 ##### Example, good
5916     class A {   // Good
5917         string s1;
5918     public:
5919         A(czstring p) : s1{p} { }    // GOOD: directly construct (and the C-string is explicitly named)
5920         // ...
5921     };
5923 ##### Example, bad
5925     class B {   // BAD
5926         string s1;
5927     public:
5928         B(const char* p) { s1 = p; }   // BAD: default constructor followed by assignment
5929         // ...
5930     };
5932     class C {   // UGLY, aka very bad
5933         int* p;
5934     public:
5935         C() { cout << *p; p = new int{10}; }   // accidental use before initialized
5936         // ...
5937     };
5939 ##### Example, better still
5941 Instead of those `const char*`s we could use C++17 `std::string_view` or `gsl::span<char>`
5942 as [a more general way to present arguments to a function](#Rstr-view):
5944     class D {   // Good
5945         string s1;
5946     public:
5947         D(string_view v) : s1{v} { }    // GOOD: directly construct
5948         // ...
5949     };
5951 ### <a name="Rc-factory"></a>C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
5953 ##### Reason
5955 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.
5957 ##### Note
5959 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.
5961 ##### Example, bad
5963     class B {
5964     public:
5965         B()
5966         {
5967             /* ... */
5968             f(); // BAD: C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
5969             /* ... */
5970         }
5972         virtual void f() = 0;
5973     };
5975 ##### Example
5977     class B {
5978     protected:
5979         class Token {};
5981     public:
5982         explicit B(Token) { /* ... */ }  // create an imperfectly initialized object
5983         virtual void f() = 0;
5985         template<class T>
5986         static shared_ptr<T> create()    // interface for creating shared objects
5987         {
5988             auto p = make_shared<T>(typename T::Token{});
5989             p->post_initialize();
5990             return p;
5991         }
5993     protected:
5994         virtual void post_initialize()   // called right after construction
5995             { /* ... */ f(); /* ... */ } // GOOD: virtual dispatch is safe
5996     };
5998     class D : public B {                 // some derived class
5999     protected:
6000         class Token {};
6002     public:
6003         explicit D(Token) : B{ B::Token{} } {}
6004         void f() override { /* ...  */ };
6006     protected:
6007         template<class T>
6008         friend shared_ptr<T> B::create();
6009     };
6011     shared_ptr<D> p = D::create<D>();  // creating a D object
6013 `make_shared` requires that the constructor is public. By requiring a protected `Token` the constructor cannot be publicly called anymore, so we avoid an incompletely constructed object escaping into the wild.
6014 By providing the factory function `create()`, we make construction (on the free store) convenient.
6016 ##### Note
6018 Conventional factory functions allocate on the free store, rather than on the stack or in an enclosing object.
6020 **See also**: [Discussion](#Sd-factory)
6022 ### <a name="Rc-delegating"></a>C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class
6024 ##### Reason
6026 To avoid repetition and accidental differences.
6028 ##### Example, bad
6030     class Date {   // BAD: repetitive
6031         int d;
6032         Month m;
6033         int y;
6034     public:
6035         Date(int dd, Month mm, year yy)
6036             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
6037             { if (!valid(d, m, y)) throw Bad_date{}; }
6039         Date(int dd, Month mm)
6040             :d{dd}, m{mm} y{current_year()}
6041             { if (!valid(d, m, y)) throw Bad_date{}; }
6042         // ...
6043     };
6045 The common action gets tedious to write and might accidentally not be common.
6047 ##### Example
6049     class Date2 {
6050         int d;
6051         Month m;
6052         int y;
6053     public:
6054         Date2(int dd, Month mm, year yy)
6055             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
6056             { if (!valid(d, m, y)) throw Bad_date{}; }
6058         Date2(int dd, Month mm)
6059             :Date2{dd, mm, current_year()} {}
6060         // ...
6061     };
6063 **See also**: If the "repeated action" is a simple initialization, consider [a default member initializer](#Rc-in-class-initializer).
6065 ##### Enforcement
6067 (Moderate) Look for similar constructor bodies.
6069 ### <a name="Rc-inheriting"></a>C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization
6071 ##### Reason
6073 If you need those constructors for a derived class, re-implementing them is tedious and error-prone.
6075 ##### Example
6077 `std::vector` has a lot of tricky constructors, so if I want my own `vector`, I don't want to reimplement them:
6079     class Rec {
6080         // ... data and lots of nice constructors ...
6081     };
6083     class Oper : public Rec {
6084         using Rec::Rec;
6085         // ... no data members ...
6086         // ... lots of nice utility functions ...
6087     };
6089 ##### Example, bad
6091     struct Rec2 : public Rec {
6092         int x;
6093         using Rec::Rec;
6094     };
6096     Rec2 r {"foo", 7};
6097     int val = r.x;   // uninitialized
6099 ##### Enforcement
6101 Make sure that every member of the derived class is initialized.
6103 ## <a name="SS-copy"></a>C.copy: Copy and move
6105 Concrete types should generally be copyable, but interfaces in a class hierarchy should not.
6106 Resource handles might or might not be copyable.
6107 Types can be defined to move for logical as well as performance reasons.
6109 ### <a name="Rc-copy-assignment"></a>C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`
6111 ##### Reason
6113 It is simple and efficient. If you want to optimize for rvalues, provide an overload that takes a `&&` (see [F.18](#Rf-consume)).
6115 ##### Example
6117     class Foo {
6118     public:
6119         Foo& operator=(const Foo& x)
6120         {
6121             // GOOD: no need to check for self-assignment (other than performance)
6122             auto tmp = x;
6123             swap(tmp); // see C.83
6124             return *this;
6125         }
6126         // ...
6127     };
6129     Foo a;
6130     Foo b;
6131     Foo f();
6133     a = b;    // assign lvalue: copy
6134     a = f();  // assign rvalue: potentially move
6136 ##### Note
6138 The `swap` implementation technique offers the [strong guarantee](#Abrahams01).
6140 ##### Example
6142 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:
6144     template<typename T>
6145     class Vector {
6146     public:
6147         Vector& operator=(const Vector&);
6148         // ...
6149     private:
6150         T* elem;
6151         int sz;
6152     };
6154     Vector& Vector::operator=(const Vector& a)
6155     {
6156         if (a.sz > sz) {
6157             // ... use the swap technique, it can't be bettered ...
6158             return *this;
6159         }
6160         // ... copy sz elements from *a.elem to elem ...
6161         if (a.sz < sz) {
6162             // ... destroy the surplus elements in *this and adjust size ...
6163         }
6164         return *this;
6165     }
6167 By writing directly to the target elements, we will get only [the basic guarantee](#Abrahams01) rather than the strong guarantee offered by the `swap` technique. Beware of [self-assignment](#Rc-copy-self).
6169 **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&)`.
6170 See [copy constructor vs. `clone()`](#Rc-copy-virtual).
6172 ##### Enforcement
6174 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
6175 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
6176 * (Moderate) An assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member assignment operators.
6177   Look at the destructor to determine if the type has pointer semantics or value semantics.
6179 ### <a name="Rc-copy-semantic"></a>C.61: A copy operation should copy
6181 ##### Reason
6183 That is the generally assumed semantics. After `x = y`, we should have `x == y`.
6184 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).
6186 ##### Example
6188     class X {   // OK: value semantics
6189     public:
6190         X();
6191         X(const X&);     // copy X
6192         void modify();   // change the value of X
6193         // ...
6194         ~X() { delete[] p; }
6195     private:
6196         T* p;
6197         int sz;
6198     };
6200     bool operator==(const X& a, const X& b)
6201     {
6202         return a.sz == b.sz && equal(a.p, a.p + a.sz, b.p, b.p + b.sz);
6203     }
6205     X::X(const X& a)
6206         :p{new T[a.sz]}, sz{a.sz}
6207     {
6208         copy(a.p, a.p + sz, p);
6209     }
6211     X x;
6212     X y = x;
6213     if (x != y) throw Bad{};
6214     x.modify();
6215     if (x == y) throw Bad{};   // assume value semantics
6217 ##### Example
6219     class X2 {  // OK: pointer semantics
6220     public:
6221         X2();
6222         X2(const X2&) = default; // shallow copy
6223         ~X2() = default;
6224         void modify();          // change the pointed-to value
6225         // ...
6226     private:
6227         T* p;
6228         int sz;
6229     };
6231     bool operator==(const X2& a, const X2& b)
6232     {
6233         return a.sz == b.sz && a.p == b.p;
6234     }
6236     X2 x;
6237     X2 y = x;
6238     if (x != y) throw Bad{};
6239     x.modify();
6240     if (x != y) throw Bad{};  // assume pointer semantics
6242 ##### Note
6244 Prefer value semantics unless you are building a "smart pointer". Value semantics is the simplest to reason about and what the standard-library facilities expect.
6246 ##### Enforcement
6248 (Not enforceable)
6250 ### <a name="Rc-copy-self"></a>C.62: Make copy assignment safe for self-assignment
6252 ##### Reason
6254 If `x = x` changes the value of `x`, people will be surprised and bad errors will occur (often including leaks).
6256 ##### Example
6258 The standard-library containers handle self-assignment elegantly and efficiently:
6260     std::vector<int> v = {3, 1, 4, 1, 5, 9};
6261     v = v;
6262     // the value of v is still {3, 1, 4, 1, 5, 9}
6264 ##### Note
6266 The default assignment generated from members that handle self-assignment correctly handles self-assignment.
6268     struct Bar {
6269         vector<pair<int, int>> v;
6270         map<string, int> m;
6271         string s;
6272     };
6274     Bar b;
6275     // ...
6276     b = b;   // correct and efficient
6278 ##### Note
6280 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)).
6282     class Foo {
6283         string s;
6284         int i;
6285     public:
6286         Foo& operator=(const Foo& a);
6287         // ...
6288     };
6290     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // OK, but there is a cost
6291     {
6292         if (this == &a) return *this;
6293         s = a.s;
6294         i = a.i;
6295         return *this;
6296     }
6298 This is obviously safe and apparently efficient.
6299 However, what if we do one self-assignment per million assignments?
6300 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).
6301 Consider:
6303     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // simpler, and probably much better
6304     {
6305         s = a.s;
6306         i = a.i;
6307         return *this;
6308     }
6310 `std::string` is safe for self-assignment and so are `int`. All the cost is carried by the (rare) case of self-assignment.
6312 ##### Enforcement
6314 (Simple) Assignment operators should not contain the pattern `if (this == &a) return *this;` ???
6316 ### <a name="Rc-move-assignment"></a>C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const&`
6318 ##### Reason
6320 It is simple and efficient.
6322 **See**: [The rule for copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
6324 ##### Enforcement
6326 Equivalent to what is done for [copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
6328 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
6329 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
6330 * (Moderate) A move assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member move assignment operators.
6332 ### <a name="Rc-move-semantic"></a>C.64: A move operation should move and leave its source in a valid state
6334 ##### Reason
6336 That is the generally assumed semantics.
6337 After `y = std::move(x)` the value of `y` should be the value `x` had and `x` should be in a valid state.
6339 ##### Example
6341     class X {   // OK: value semantics
6342     public:
6343         X();
6344         X(X&& a) noexcept;  // move X
6345         X& operator=(X&& a) noexcept; // move-assign X
6346         void modify();     // change the value of X
6347         // ...
6348         ~X() { delete[] p; }
6349     private:
6350         T* p;
6351         int sz;
6352     };
6354     X::X(X&& a) noexcept
6355         :p{a.p}, sz{a.sz}  // steal representation
6356     {
6357         a.p = nullptr;     // set to "empty"
6358         a.sz = 0;
6359     }
6361     void use()
6362     {
6363         X x{};
6364         // ...
6365         X y = std::move(x);
6366         x = X{};   // OK
6367     } // OK: x can be destroyed
6369 ##### Note
6371 Ideally, that moved-from should be the default value of the type.
6372 Ensure that unless there is an exceptionally good reason not to.
6373 However, not all types have a default value and for some types establishing the default value can be expensive.
6374 The standard requires only that the moved-from object can be destroyed.
6375 Often, we can easily and cheaply do better: The standard library assumes that it is possible to assign to a moved-from object.
6376 Always leave the moved-from object in some (necessarily specified) valid state.
6378 ##### Note
6380 Unless there is an exceptionally strong reason not to, make `x = std::move(y); y = z;` work with the conventional semantics.
6382 ##### Enforcement
6384 (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.
6386 ### <a name="Rc-move-self"></a>C.65: Make move assignment safe for self-assignment
6388 ##### Reason
6390 If `x = x` changes the value of `x`, people will be surprised and bad errors can occur. However, people don't usually directly write a self-assignment that turn into a move, but it can occur. However, `std::swap` is implemented using move operations so if you accidentally do `swap(a, b)` where `a` and `b` refer to the same object, failing to handle self-move could be a serious and subtle error.
6392 ##### Example
6394     class Foo {
6395         string s;
6396         int i;
6397     public:
6398         Foo& operator=(Foo&& a) noexcept;
6399         // ...
6400     };
6402     Foo& Foo::operator=(Foo&& a) noexcept  // OK, but there is a cost
6403     {
6404         if (this == &a) return *this;  // this line is redundant
6405         s = std::move(a.s);
6406         i = a.i;
6407         return *this;
6408     }
6410 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.
6412 ##### Note
6414 There is no known general way of avoiding an `if (this == &a) return *this;` test for a move assignment and still get a correct answer (i.e., after `x = x` the value of `x` is unchanged).
6416 ##### Note
6418 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.
6420 ##### Example
6422 Here is a way to move a pointer without a test (imagine it as code in the implementation a move assignment):
6424     // move from other.ptr to this->ptr
6425     T* temp = other.ptr;
6426     other.ptr = nullptr;
6427     delete ptr; // in self-move, this->ptr is also null; delete is a no-op
6428     ptr = temp; // in self-move, the original ptr is restored
6430 ##### Enforcement
6432 * (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`.
6433 * (Not enforceable) Look at the use of standard-library container types (incl. `string`) and consider them safe for ordinary (not life-critical) uses.
6435 ### <a name="Rc-move-noexcept"></a>C.66: Make move operations `noexcept`
6437 ##### Reason
6439 A throwing move violates most people's reasonable assumptions.
6440 A non-throwing move will be used more efficiently by standard-library and language facilities.
6442 ##### Example
6444     template<typename T>
6445     class Vector {
6446     public:
6447         Vector(Vector&& a) noexcept :elem{a.elem}, sz{a.sz} { a.elem = nullptr; a.sz = 0; }
6448         Vector& operator=(Vector&& a) noexcept {
6449             if (&a != this) {
6450                 delete elem;
6451                 elem = a.elem; a.elem = nullptr;
6452                 sz   = a.sz;   a.sz   = 0;
6453             }
6454             return *this;
6455         }
6456         // ...
6457     private:
6458         T* elem;
6459         int sz;
6460     };
6462 These operations do not throw.
6464 ##### Example, bad
6466     template<typename T>
6467     class Vector2 {
6468     public:
6469         Vector2(Vector2&& a) noexcept { *this = a; }             // just use the copy
6470         Vector2& operator=(Vector2&& a) noexcept { *this = a; }  // just use the copy
6471         // ...
6472     private:
6473         T* elem;
6474         int sz;
6475     };
6477 This `Vector2` is not just inefficient, but since a vector copy requires allocation, it can throw.
6479 ##### Enforcement
6481 (Simple) A move operation should be marked `noexcept`.
6483 ### <a name="Rc-copy-virtual"></a>C.67: A polymorphic class should suppress public copy/move
6485 ##### Reason
6487 A *polymorphic class* is a class that defines or inherits at least one virtual function. It is likely that it will be used as a base class for other derived classes with polymorphic behavior. If it is accidentally passed by value, with the implicitly generated copy constructor and assignment, we risk slicing: only the base portion of a derived object will be copied, and the polymorphic behavior will be corrupted.
6489 If the class has no data, `=delete` the copy/move functions. Otherwise, make them protected.
6491 ##### Example, bad
6493     class B { // BAD: polymorphic base class doesn't suppress copying
6494     public:
6495         virtual char m() { return 'B'; }
6496         // ... nothing about copy operations, so uses default ...
6497     };
6499     class D : public B {
6500     public:
6501         char m() override { return 'D'; }
6502         // ...
6503     };
6505     void f(B& b)
6506     {
6507         auto b2 = b; // oops, slices the object; b2.m() will return 'B'
6508     }
6510     D d;
6511     f(d);
6513 ##### Example
6515     class B { // GOOD: polymorphic class suppresses copying
6516     public:
6517         B() = default;
6518         B(const B&) = delete;
6519         B& operator=(const B&) = delete;
6520         virtual char m() { return 'B'; }
6521         // ...
6522     };
6524     class D : public B {
6525     public:
6526         char m() override { return 'D'; }
6527         // ...
6528     };
6530     void f(B& b)
6531     {
6532         auto b2 = b; // ok, compiler will detect inadvertent copying, and protest
6533     }
6535     D d;
6536     f(d);
6538 ##### Note
6540 If you need to create deep copies of polymorphic objects, use `clone()` functions: see [C.130](#Rh-copy).
6542 ##### Exception
6544 Classes that represent exception objects need both to be polymorphic and copy-constructible.
6546 ##### Enforcement
6548 * Flag a polymorphic class with a public copy operation.
6549 * Flag an assignment of polymorphic class objects.
6551 ## C.other: Other default operation rules
6553 In addition to the operations for which the language offers default implementations,
6554 there are a few operations that are so foundational that specific rules for their definition are needed:
6555 comparisons, `swap`, and `hash`.
6557 ### <a name="Rc-eqdefault"></a>C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics
6559 ##### Reason
6561 The compiler is more likely to get the default semantics right and you cannot implement these functions better than the compiler.
6563 ##### Example
6565     class Tracer {
6566         string message;
6567     public:
6568         Tracer(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
6569         ~Tracer() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
6571         Tracer(const Tracer&) = default;
6572         Tracer& operator=(const Tracer&) = default;
6573         Tracer(Tracer&&) noexcept = default;
6574         Tracer& operator=(Tracer&&) noexcept = default;
6575     };
6577 Because we defined the destructor, we must define the copy and move operations. The `= default` is the best and simplest way of doing that.
6579 ##### Example, bad
6581     class Tracer2 {
6582         string message;
6583     public:
6584         Tracer2(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
6585         ~Tracer2() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
6587         Tracer2(const Tracer2& a) : message{a.message} {}
6588         Tracer2& operator=(const Tracer2& a) { message = a.message; return *this; }
6589         Tracer2(Tracer2&& a) noexcept :message{a.message} {}
6590         Tracer2& operator=(Tracer2&& a) noexcept { message = a.message; return *this; }
6591     };
6593 Writing out the bodies of the copy and move operations is verbose, tedious, and error-prone. A compiler does it better.
6595 ##### Enforcement
6597 (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
6599 ### <a name="Rc-delete"></a>C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)
6601 ##### Reason
6603 In a few cases, a default operation is not desirable.
6605 ##### Example
6607     class Immortal {
6608     public:
6609         ~Immortal() = delete;   // do not allow destruction
6610         // ...
6611     };
6613     void use()
6614     {
6615         Immortal ugh;   // error: ugh cannot be destroyed
6616         Immortal* p = new Immortal{};
6617         delete p;       // error: cannot destroy *p
6618     }
6620 ##### Example
6622 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:
6624     template<class T, class D = default_delete<T>> class unique_ptr {
6625     public:
6626         // ...
6627         constexpr unique_ptr() noexcept;
6628         explicit unique_ptr(pointer p) noexcept;
6629         // ...
6630         unique_ptr(unique_ptr&& u) noexcept;   // move constructor
6631         // ...
6632         unique_ptr(const unique_ptr&) = delete; // disable copy from lvalue
6633         // ...
6634     };
6636     unique_ptr<int> make();   // make "something" and return it by moving
6638     void f()
6639     {
6640         unique_ptr<int> pi {};
6641         auto pi2 {pi};      // error: no move constructor from lvalue
6642         auto pi3 {make()};  // OK, move: the result of make() is an rvalue
6643     }
6645 Note that deleted functions should be public.
6647 ##### Enforcement
6649 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.
6651 ### <a name="Rc-ctor-virtual"></a>C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
6653 ##### Reason
6655 The function called will be that of the object constructed so far, rather than a possibly overriding function in a derived class.
6656 This can be most confusing.
6657 Worse, a direct or indirect call to an unimplemented pure virtual function from a constructor or destructor results in undefined behavior.
6659 ##### Example, bad
6661     class Base {
6662     public:
6663         virtual void f() = 0;   // not implemented
6664         virtual void g();       // implemented with Base version
6665         virtual void h();       // implemented with Base version
6666         virtual ~Base();        // implemented with Base version
6667     };
6669     class Derived : public Base {
6670     public:
6671         void g() override;   // provide Derived implementation
6672         void h() final;      // provide Derived implementation
6674         Derived()
6675         {
6676             // BAD: attempt to call an unimplemented virtual function
6677             f();
6679             // BAD: will call Derived::g, not dispatch further virtually
6680             g();
6682             // GOOD: explicitly state intent to call only the visible version
6683             Derived::g();
6685             // ok, no qualification needed, h is final
6686             h();
6687         }
6688     };
6690 Note that calling a specific explicitly qualified function is not a virtual call even if the function is `virtual`.
6692 **See also** [factory functions](#Rc-factory) for how to achieve the effect of a call to a derived class function without risking undefined behavior.
6694 ##### Note
6696 There is nothing inherently wrong with calling virtual functions from constructors and destructors.
6697 The semantics of such calls is type safe.
6698 However, experience shows that such calls are rarely needed, easily confuse maintainers, and become a source of errors when used by novices.
6700 ##### Enforcement
6702 * Flag calls of virtual functions from constructors and destructors.
6704 ### <a name="Rc-swap"></a>C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function
6706 ##### Reason
6708 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).
6710 ##### Example, good
6712     class Foo {
6713     public:
6714         void swap(Foo& rhs) noexcept
6715         {
6716             m1.swap(rhs.m1);
6717             std::swap(m2, rhs.m2);
6718         }
6719     private:
6720         Bar m1;
6721         int m2;
6722     };
6724 Providing a non-member `swap` function in the same namespace as your type for callers' convenience.
6726     void swap(Foo& a, Foo& b)
6727     {
6728         a.swap(b);
6729     }
6731 ##### Enforcement
6733 * Non-trivially copyable types should provide a member swap or a free swap overload.
6734 * (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
6736 ### <a name="Rc-swap-fail"></a>C.84: A `swap` function must not fail
6738 ##### Reason
6740  `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.
6742 ##### Example, bad
6744     void swap(My_vector& x, My_vector& y)
6745     {
6746         auto tmp = x;   // copy elements
6747         x = y;
6748         y = tmp;
6749     }
6751 This is not just slow, but if a memory allocation occurs for the elements in `tmp`, this `swap` could throw and would make STL algorithms fail if used with them.
6753 ##### Enforcement
6755 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
6757 ### <a name="Rc-swap-noexcept"></a>C.85: Make `swap` `noexcept`
6759 ##### Reason
6761  [A `swap` must not fail](#Rc-swap-fail).
6762 If a `swap` tries to exit with an exception, it's a bad design error and the program had better terminate.
6764 ##### Enforcement
6766 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
6768 ### <a name="Rc-eq"></a>C.86: Make `==` symmetric with respect to operand types and `noexcept`
6770 ##### Reason
6772 Asymmetric treatment of operands is surprising and a source of errors where conversions are possible.
6773 `==` is a fundamental operation and programmers should be able to use it without fear of failure.
6775 ##### Example
6777     struct X {
6778         string name;
6779         int number;
6780     };
6782     bool operator==(const X& a, const X& b) noexcept {
6783         return a.name == b.name && a.number == b.number;
6784     }
6786 ##### Example, bad
6788     class B {
6789         string name;
6790         int number;
6791         bool operator==(const B& a) const {
6792             return name == a.name && number == a.number;
6793         }
6794         // ...
6795     };
6797 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
6799 ##### Note
6801 If a class has a failure state, like `double`'s `NaN`, there is a temptation to make a comparison against the failure state throw.
6802 The alternative is to make two failure states compare equal and any valid state compare false against the failure state.
6804 ##### Note
6806 This rule applies to all the usual comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6808 ##### Enforcement
6810 * Flag an `operator==()` for which the argument types differ; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6811 * Flag member `operator==()`s; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6813 ### <a name="Rc-eq-base"></a>C.87: Beware of `==` on base classes
6815 ##### Reason
6817 It is really hard to write a foolproof and useful `==` for a hierarchy.
6819 ##### Example, bad
6821     class B {
6822         string name;
6823         int number;
6824     public:
6825         virtual bool operator==(const B& a) const
6826         {
6827              return name == a.name && number == a.number;
6828         }
6829         // ...
6830     };
6832 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
6834     class D : public B {
6835         char character;
6836     public:
6837         virtual bool operator==(const D& a) const
6838         {
6839             return B::operator==(a) && character == a.character;
6840         }
6841         // ...
6842     };
6844     B b = ...
6845     D d = ...
6846     b == d;    // compares name and number, ignores d's character
6847     d == b;    // compares name and number, ignores d's character
6848     D d2;
6849     d == d2;   // compares name, number, and character
6850     B& b2 = d2;
6851     b2 == d;   // compares name and number, ignores d2's and d's character
6853 Of course there are ways of making `==` work in a hierarchy, but the naive approaches do not scale
6855 ##### Note
6857 This rule applies to all the usual comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, `>=`, and `<=>`.
6859 ##### Enforcement
6861 * Flag a virtual `operator==()`; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, `>=`, and `<=>`.
6863 ### <a name="Rc-hash"></a>C.89: Make a `hash` `noexcept`
6865 ##### Reason
6867 Users of hashed containers use hash indirectly and don't expect simple access to throw.
6868 It's a standard-library requirement.
6870 ##### Example, bad
6872     template<>
6873     struct hash<My_type> {  // thoroughly bad hash specialization
6874         using result_type = size_t;
6875         using argument_type = My_type;
6877         size_t operator()(const My_type & x) const
6878         {
6879             size_t xs = x.s.size();
6880             if (xs < 4) throw Bad_My_type{};    // "Nobody expects the Spanish inquisition!"
6881             return hash<size_t>()(x.s.size()) ^ trim(x.s);
6882         }
6883     };
6885     int main()
6886     {
6887         unordered_map<My_type, int> m;
6888         My_type mt{ "asdfg" };
6889         m[mt] = 7;
6890         cout << m[My_type{ "asdfg" }] << '\n';
6891     }
6893 If you have to define a `hash` specialization, try simply to let it combine standard-library `hash` specializations with `^` (xor).
6894 That tends to work better than "cleverness" for non-specialists.
6896 ##### Enforcement
6898 * Flag throwing `hash`es.
6900 ### <a name="Rc-memset"></a>C.90: Rely on constructors and assignment operators, not `memset` and `memcpy`
6902 ##### Reason
6904 The standard C++ mechanism to construct an instance of a type is to call its constructor. As specified in guideline [C.41](#Rc-complete): a constructor should create a fully initialized object. No additional initialization, such as by `memcpy`, should be required.
6905 A type will provide a copy constructor and/or copy assignment operator to appropriately make a copy of the class, preserving the type's invariants.  Using memcpy to copy a non-trivially copyable type has undefined behavior.  Frequently this results in slicing, or data corruption.
6907 ##### Example, good
6909     struct base {
6910         virtual void update() = 0;
6911         std::shared_ptr<int> sp;
6912     };
6914     struct derived : public base {
6915         void update() override {}
6916     };
6918 ##### Example, bad
6920     void init(derived& a)
6921     {
6922         memset(&a, 0, sizeof(derived));
6923     }
6925 This is type-unsafe and overwrites the vtable.
6927 ##### Example, bad
6929     void copy(derived& a, derived& b)
6930     {
6931         memcpy(&a, &b, sizeof(derived));
6932     }
6934 This is also type-unsafe and overwrites the vtable.
6936 ##### Enforcement
6938 * Flag passing a non-trivially-copyable type to `memset` or `memcpy`.
6940 ## <a name="SS-containers"></a>C.con: Containers and other resource handles
6942 A container is an object holding a sequence of objects of some type; `std::vector` is the archetypical container.
6943 A resource handle is a class that owns a resource; `std::vector` is the typical resource handle; its resource is its sequence of elements.
6945 Summary of container rules:
6947 * [C.100: Follow the STL when defining a container](#Rcon-stl)
6948 * [C.101: Give a container value semantics](#Rcon-val)
6949 * [C.102: Give a container move operations](#Rcon-move)
6950 * [C.103: Give a container an initializer list constructor](#Rcon-init)
6951 * [C.104: Give a container a default constructor that sets it to empty](#Rcon-empty)
6952 * ???
6953 * [C.109: If a resource handle has pointer semantics, provide `*` and `->`](#Rcon-ptr)
6955 **See also**: [Resources](#S-resource)
6958 ### <a name="Rcon-stl"></a>C.100: Follow the STL when defining a container
6960 ##### Reason
6962 The STL containers are familiar to most C++ programmers and a fundamentally sound design.
6964 ##### Note
6966 There are of course other fundamentally sound design styles and sometimes reasons to depart from
6967 the style of the standard library, but in the absence of a solid reason to differ, it is simpler
6968 and easier for both implementers and users to follow the standard.
6970 In particular, `std::vector` and `std::map` provide useful relatively simple models.
6972 ##### Example
6974     // simplified (e.g., no allocators):
6976     template<typename T>
6977     class Sorted_vector {
6978         using value_type = T;
6979         // ... iterator types ...
6981         Sorted_vector() = default;
6982         Sorted_vector(initializer_list<T>);    // initializer-list constructor: sort and store
6983         Sorted_vector(const Sorted_vector&) = default;
6984         Sorted_vector(Sorted_vector&&) noexcept = default;
6985         Sorted_vector& operator=(const Sorted_vector&) = default;     // copy assignment
6986         Sorted_vector& operator=(Sorted_vector&&) noexcept = default; // move assignment
6987         ~Sorted_vector() = default;
6989         Sorted_vector(const std::vector<T>& v);   // store and sort
6990         Sorted_vector(std::vector<T>&& v);        // sort and "steal representation"
6992         const T& operator[](int i) const { return rep[i]; }
6993         // no non-const direct access to preserve order
6995         void push_back(const T&);   // insert in the right place (not necessarily at back)
6996         void push_back(T&&);        // insert in the right place (not necessarily at back)
6998         // ... cbegin(), cend() ...
6999     private:
7000         std::vector<T> rep;  // use a std::vector to hold elements
7001     };
7003     template<typename T> bool operator==(const Sorted_vector<T>&, const Sorted_vector<T>&);
7004     template<typename T> bool operator!=(const Sorted_vector<T>&, const Sorted_vector<T>&);
7005     // ...
7007 Here, the STL style is followed, but incompletely.
7008 That's not uncommon.
7009 Provide only as much functionality as makes sense for a specific container.
7010 The key is to define the conventional constructors, assignments, destructors, and iterators
7011 (as meaningful for the specific container) with their conventional semantics.
7012 From that base, the container can be expanded as needed.
7013 Here, special constructors from `std::vector` were added.
7015 ##### Enforcement
7019 ### <a name="Rcon-val"></a>C.101: Give a container value semantics
7021 ##### Reason
7023 Regular objects are simpler to think and reason about than irregular ones.
7024 Familiarity.
7026 ##### Note
7028 If meaningful, make a container `Regular` (the concept).
7029 In particular, ensure that an object compares equal to its copy.
7031 ##### Example
7033     void f(const Sorted_vector<string>& v)
7034     {
7035         Sorted_vector<string> v2 {v};
7036         if (v != v2)
7037             cout << "Behavior against reason and logic.\n";
7038         // ...
7039     }
7041 ##### Enforcement
7045 ### <a name="Rcon-move"></a>C.102: Give a container move operations
7047 ##### Reason
7049 Containers tend to get large; without a move constructor and a copy constructor an object can be
7050 expensive to move around, thus tempting people to pass pointers to it around and getting into
7051 resource management problems.
7053 ##### Example
7055     Sorted_vector<int> read_sorted(istream& is)
7056     {
7057         vector<int> v;
7058         cin >> v;   // assume we have a read operation for vectors
7059         Sorted_vector<int> sv = v;  // sorts
7060         return sv;
7061     }
7063 A user can reasonably assume that returning a standard-like container is cheap.
7065 ##### Enforcement
7069 ### <a name="Rcon-init"></a>C.103: Give a container an initializer list constructor
7071 ##### Reason
7073 People expect to be able to initialize a container with a set of values.
7074 Familiarity.
7076 ##### Example
7078     Sorted_vector<int> sv {1, 3, -1, 7, 0, 0}; // Sorted_vector sorts elements as needed
7080 ##### Enforcement
7084 ### <a name="Rcon-empty"></a>C.104: Give a container a default constructor that sets it to empty
7086 ##### Reason
7088 To make it `Regular`.
7090 ##### Example
7092     vector<Sorted_sequence<string>> vs(100);    // 100 Sorted_sequences each with the value ""
7094 ##### Enforcement
7098 ### <a name="Rcon-ptr"></a>C.109: If a resource handle has pointer semantics, provide `*` and `->`
7100 ##### Reason
7102 That's what is expected from pointers.
7103 Familiarity.
7105 ##### Example
7107     ???
7109 ##### Enforcement
7113 ## <a name="SS-lambdas"></a>C.lambdas: Function objects and lambdas
7115 A function object is an object supplying an overloaded `()` so that you can call it.
7116 A lambda expression (colloquially often shortened to "a lambda") is a notation for generating a function object.
7117 Function objects should be cheap to copy (and therefore [passed by value](#Rf-in)).
7119 Summary:
7121 * [F.10: If an operation can be reused, give it a name](#Rf-name)
7122 * [F.11: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only](#Rf-lambda)
7123 * [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)
7124 * [F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms](#Rf-reference-capture)
7125 * [F.53: Avoid capturing by reference in lambdas that will be used non-locally, including returned, stored on the heap, or passed to another thread](#Rf-value-capture)
7126 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
7128 ## <a name="SS-hier"></a>C.hier: Class hierarchies (OOP)
7130 A class hierarchy is constructed to represent a set of hierarchically organized concepts (only).
7131 Typically base classes act as interfaces.
7132 There are two major uses for hierarchies, often named implementation inheritance and interface inheritance.
7134 Class hierarchy rule summary:
7136 * [C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure (only)](#Rh-domain)
7137 * [C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class](#Rh-abstract)
7138 * [C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed](#Rh-separation)
7140 Designing rules for classes in a hierarchy summary:
7142 * [C.126: An abstract class typically doesn't need a user-written constructor](#Rh-abstract-ctor)
7143 * [C.127: A class with a virtual function should have a virtual or protected destructor](#Rh-dtor)
7144 * [C.128: Virtual functions should specify exactly one of `virtual`, `override`, or `final`](#Rh-override)
7145 * [C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance](#Rh-kind)
7146 * [C.130: For making deep copies of polymorphic classes prefer a virtual `clone` function instead of public copy construction/assignment](#Rh-copy)
7147 * [C.131: Avoid trivial getters and setters](#Rh-get)
7148 * [C.132: Don't make a function `virtual` without reason](#Rh-virtual)
7149 * [C.133: Avoid `protected` data](#Rh-protected)
7150 * [C.134: Ensure all non-`const` data members have the same access level](#Rh-public)
7151 * [C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces](#Rh-mi-interface)
7152 * [C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes](#Rh-mi-implementation)
7153 * [C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes](#Rh-vbase)
7154 * [C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`](#Rh-using)
7155 * [C.139: Use `final` on classes sparingly](#Rh-final)
7156 * [C.140: Do not provide different default arguments for a virtual function and an overrider](#Rh-virtual-default-arg)
7158 Accessing objects in a hierarchy rule summary:
7160 * [C.145: Access polymorphic objects through pointers and references](#Rh-poly)
7161 * [C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable](#Rh-dynamic_cast)
7162 * [C.147: Use `dynamic_cast` to a reference type when failure to find the required class is considered an error](#Rh-ref-cast)
7163 * [C.148: Use `dynamic_cast` to a pointer type when failure to find the required class is considered a valid alternative](#Rh-ptr-cast)
7164 * [C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`](#Rh-smart)
7165 * [C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s](#Rh-make_unique)
7166 * [C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s](#Rh-make_shared)
7167 * [C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base](#Rh-array)
7168 * [C.153: Prefer virtual function to casting](#Rh-use-virtual)
7170 ### <a name="Rh-domain"></a>C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure (only)
7172 ##### Reason
7174 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.
7176 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.
7178 ##### Example
7180     class DrawableUIElement {
7181     public:
7182         virtual void render() const = 0;
7183         // ...
7184     };
7186     class AbstractButton : public DrawableUIElement {
7187     public:
7188         virtual void onClick() = 0;
7189         // ...
7190     };
7192     class PushButton : public AbstractButton {
7193         void render() const override;
7194         void onClick() override;
7195         // ...
7196     };
7198     class Checkbox : public AbstractButton {
7199     // ...
7200     };
7202 ##### Example, bad
7204 Do *not* represent non-hierarchical domain concepts as class hierarchies.
7206     template<typename T>
7207     class Container {
7208     public:
7209         // list operations:
7210         virtual T& get() = 0;
7211         virtual void put(T&) = 0;
7212         virtual void insert(Position) = 0;
7213         // ...
7214         // vector operations:
7215         virtual T& operator[](int) = 0;
7216         virtual void sort() = 0;
7217         // ...
7218         // tree operations:
7219         virtual void balance() = 0;
7220         // ...
7221     };
7223 Here most overriding classes cannot implement most of the functions required in the interface well.
7224 Thus the base class becomes an implementation burden.
7225 Furthermore, the user of `Container` cannot rely on the member functions actually performing meaningful operations reasonably efficiently;
7226 it might throw an exception instead.
7227 Thus users have to resort to run-time checking and/or
7228 not using this (over)general interface in favor of a particular interface found by a run-time type inquiry (e.g., a `dynamic_cast`).
7230 ##### Enforcement
7232 * Look for classes with lots of members that do nothing but throw.
7233 * Flag every use of a non-public base class `B` where the derived class `D` does not override a virtual function or access a protected member in `B`, and `B` is not one of the following: empty, a template parameter or parameter pack of `D`, a class template specialized with `D`.
7235 ### <a name="Rh-abstract"></a>C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class
7237 ##### Reason
7239 A class is more stable (less brittle) if it does not contain data.
7240 Interfaces should normally be composed entirely of public pure virtual functions and a default/empty virtual destructor.
7242 ##### Example
7244     class My_interface {
7245     public:
7246         // ...only pure virtual functions here ...
7247         virtual ~My_interface() {}   // or =default
7248     };
7250 ##### Example, bad
7252     class Goof {
7253     public:
7254         // ...only pure virtual functions here ...
7255         // no virtual destructor
7256     };
7258     class Derived : public Goof {
7259         string s;
7260         // ...
7261     };
7263     void use()
7264     {
7265         unique_ptr<Goof> p {new Derived{"here we go"}};
7266         f(p.get()); // use Derived through the Goof interface
7267         g(p.get()); // use Derived through the Goof interface
7268     } // leak
7270 The `Derived` is `delete`d through its `Goof` interface, so its `string` is leaked.
7271 Give `Goof` a virtual destructor and all is well.
7274 ##### Enforcement
7276 * Warn on any class that contains data members and also has an overridable (non-`final`) virtual function that wasn't inherited from a base class.
7278 ### <a name="Rh-separation"></a>C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed
7280 ##### Reason
7282 Such as on an ABI (link) boundary.
7284 ##### Example
7286     struct Device {
7287         virtual ~Device() = default;
7288         virtual void write(span<const char> outbuf) = 0;
7289         virtual void read(span<char> inbuf) = 0;
7290     };
7292     class D1 : public Device {
7293         // ... data ...
7295         void write(span<const char> outbuf) override;
7296         void read(span<char> inbuf) override;
7297     };
7299     class D2 : public Device {
7300         // ... different data ...
7302         void write(span<const char> outbuf) override;
7303         void read(span<char> inbuf) override;
7304     };
7306 A user can now use `D1`s and `D2`s interchangeably through the interface provided by `Device`.
7307 Furthermore, we can update `D1` and `D2` in ways that are not binary compatible with older versions as long as all access goes through `Device`.
7309 ##### Enforcement
7311     ???
7313 ## C.hierclass: Designing classes in a hierarchy:
7315 ### <a name="Rh-abstract-ctor"></a>C.126: An abstract class typically doesn't need a user-written constructor
7317 ##### Reason
7319 An abstract class typically does not have any data for a constructor to initialize.
7321 ##### Example
7323     class Shape {
7324     public:
7325         // no user-written constructor needed in abstract base class
7326         virtual Point center() const = 0;    // pure virtual
7327         virtual void move(Point to) = 0;
7328         // ... more pure virtual functions...
7329         virtual ~Shape() {}                 // destructor
7330     };
7332     class Circle : public Shape {
7333     public:
7334         Circle(Point p, int rad);           // constructor in derived class
7335         Point center() const override { return x; }
7336     };
7338 ##### Exception
7340 * A base class constructor that does work, such as registering an object somewhere, might need a constructor.
7341 * In extremely rare cases, you might find it reasonable for an abstract class to have a bit of data shared by all derived classes
7342   (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.
7344 ##### Enforcement
7346 Flag abstract classes with constructors.
7348 ### <a name="Rh-dtor"></a>C.127: A class with a virtual function should have a virtual or protected destructor
7350 ##### Reason
7352 A class with a virtual function is usually (and in general) used via a pointer to base. Usually, the last user has to call delete on a pointer to base, often via a smart pointer to base, so the destructor should be public and virtual. Less commonly, if deletion through a pointer to base is not intended to be supported, the destructor should be protected and non-virtual; see [C.35](#Rc-dtor-virtual).
7354 ##### Example, bad
7356     struct B {
7357         virtual int f() = 0;
7358         // ... no user-written destructor, defaults to public non-virtual ...
7359     };
7361     // bad: derived from a class without a virtual destructor
7362     struct D : B {
7363         string s {"default"};
7364         // ...
7365     };
7367     void use()
7368     {
7369         unique_ptr<B> p = make_unique<D>();
7370         // ...
7371     } // undefined behavior, might call B::~B only and leak the string
7373 ##### Note
7375 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`.
7377 ##### Enforcement
7379 * A class with any virtual functions should have a destructor that is either public and virtual or else protected and non-virtual.
7380 * Flag `delete` of a class with a virtual function but no virtual destructor.
7382 ### <a name="Rh-override"></a>C.128: Virtual functions should specify exactly one of `virtual`, `override`, or `final`
7384 ##### Reason
7386 Readability.
7387 Detection of mistakes.
7388 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.
7390 It's simple and clear:
7392 * `virtual` means exactly and only "this is a new virtual function."
7393 * `override` means exactly and only "this is a non-final overrider."
7394 * `final` means exactly and only "this is a final overrider."
7396 ##### Example, bad
7398     struct B {
7399         void f1(int);
7400         virtual void f2(int) const;
7401         virtual void f3(int);
7402         // ...
7403     };
7405     struct D : B {
7406         void f1(int);        // bad (hope for a warning): D::f1() hides B::f1()
7407         void f2(int) const;  // bad (but conventional and valid): no explicit override
7408         void f3(double);     // bad (hope for a warning): D::f3() hides B::f3()
7409         // ...
7410     };
7412 ##### Example, good
7414     struct Better : B {
7415         void f1(int) override;        // error (caught): Better::f1() hides B::f1()
7416         void f2(int) const override;
7417         void f3(double) override;     // error (caught): Better::f3() hides B::f3()
7418         // ...
7419     };
7421 #### Discussion
7423 We want to eliminate two particular classes of errors:
7425 * **implicit virtual**: the programmer intended the function to be implicitly virtual and it is (but readers of the code can't tell); or the programmer intended the function to be implicitly virtual but it isn't (e.g., because of a subtle parameter list mismatch); or the programmer did not intend the function to be virtual but it is (because it happens to have the same signature as a virtual in the base class)
7426 * **implicit override**: the programmer intended the function to be implicitly an overrider and it is (but readers of the code can't tell); or the programmer intended the function to be implicitly an overrider but it isn't (e.g., because of a subtle parameter list mismatch); or the programmer did not intend the function to be an overrider but it is (because it happens to have the same signature as a virtual in the base class -- note this problem arises whether or not the function is explicitly declared virtual, because the programmer might have intended to create either a new virtual function or a new non-virtual function)
7428 Note: On a class defined as `final`, it doesn't matter whether you put `override` or `final` on an individual virtual function.
7430 Note: Use `final` on functions sparingly. It does not necessarily lead to optimization, and it precludes further overriding.
7432 ##### Enforcement
7434 * Compare virtual function names in base and derived classes and flag uses of the same name that does not override.
7435 * Flag overrides with neither `override` nor `final`.
7436 * Flag function declarations that use more than one of `virtual`, `override`, and `final`.
7438 ### <a name="Rh-kind"></a>C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance
7440 ##### Reason
7442 Implementation details in an interface make the interface brittle;
7443 that is, make its users vulnerable to having to recompile after changes in the implementation.
7444 Data in a base class increases the complexity of implementing the base and can lead to replication of code.
7446 ##### Note
7448 Definition:
7450 * interface inheritance is the use of inheritance to separate users from implementations,
7451 in particular to allow derived classes to be added and changed without affecting the users of base classes.
7452 * implementation inheritance is the use of inheritance to simplify implementation of new facilities
7453 by making useful operations available for implementers of related new operations (sometimes called "programming by difference").
7455 A pure interface class is simply a set of pure virtual functions; see [I.25](#Ri-abstract).
7457 In early OOP (e.g., in the 1980s and 1990s), implementation inheritance and interface inheritance were often mixed
7458 and bad habits die hard.
7459 Even now, mixtures are not uncommon in old code bases and in old-style teaching material.
7461 The importance of keeping the two kinds of inheritance increases
7463 * with the size of a hierarchy (e.g., dozens of derived classes),
7464 * with the length of time the hierarchy is used (e.g., decades), and
7465 * with the number of distinct organizations in which a hierarchy is used
7466 (e.g., it can be difficult to distribute an update to a base class)
7469 ##### Example, bad
7471     class Shape {   // BAD, mixed interface and implementation
7472     public:
7473         Shape();
7474         Shape(Point ce = {0, 0}, Color co = none): cent{ce}, col {co} { /* ... */}
7476         Point center() const { return cent; }
7477         Color color() const { return col; }
7479         virtual void rotate(int) = 0;
7480         virtual void move(Point p) { cent = p; redraw(); }
7482         virtual void redraw();
7484         // ...
7485     private:
7486         Point cent;
7487         Color col;
7488     };
7490     class Circle : public Shape {
7491     public:
7492         Circle(Point c, int r) : Shape{c}, rad{r} { /* ... */ }
7494         // ...
7495     private:
7496         int rad;
7497     };
7499     class Triangle : public Shape {
7500     public:
7501         Triangle(Point p1, Point p2, Point p3); // calculate center
7502         // ...
7503     };
7505 Problems:
7507 * As the hierarchy grows and more data is added to `Shape`, the constructors get harder to write and maintain.
7508 * Why calculate the center for the `Triangle`? we might never use it.
7509 * Add a data member to `Shape` (e.g., drawing style or canvas)
7510 and all classes derived from `Shape` and all code using `Shape` will need to be reviewed, possibly changed, and probably recompiled.
7512 The implementation of `Shape::move()` is an example of implementation inheritance:
7513 we have defined `move()` once and for all, for all derived classes.
7514 The more code there is in such base class member function implementations and the more data is shared by placing it in the base,
7515 the more benefits we gain - and the less stable the hierarchy is.
7517 ##### Example
7519 This Shape hierarchy can be rewritten using interface inheritance:
7521     class Shape {  // pure interface
7522     public:
7523         virtual Point center() const = 0;
7524         virtual Color color() const = 0;
7526         virtual void rotate(int) = 0;
7527         virtual void move(Point p) = 0;
7529         virtual void redraw() = 0;
7531         // ...
7532     };
7534 Note that a pure interface rarely has constructors: there is nothing to construct.
7536     class Circle : public Shape {
7537     public:
7538         Circle(Point c, int r, Color c) : cent{c}, rad{r}, col{c} { /* ... */ }
7540         Point center() const override { return cent; }
7541         Color color() const override { return col; }
7543         // ...
7544     private:
7545         Point cent;
7546         int rad;
7547         Color col;
7548     };
7550 The interface is now less brittle, but there is more work in implementing the member functions.
7551 For example, `center` has to be implemented by every class derived from `Shape`.
7553 ##### Example, dual hierarchy
7555 How can we gain the benefit of stable hierarchies from interface hierarchies and the benefit of implementation reuse from implementation inheritance?
7556 One popular technique is dual hierarchies.
7557 There are many ways of implementing the idea of dual hierarchies; here, we use a multiple-inheritance variant.
7559 First we devise a hierarchy of interface classes:
7561     class Shape {   // pure interface
7562     public:
7563         virtual Point center() const = 0;
7564         virtual Color color() const = 0;
7566         virtual void rotate(int) = 0;
7567         virtual void move(Point p) = 0;
7569         virtual void redraw() = 0;
7571         // ...
7572     };
7574     class Circle : public virtual Shape {   // pure interface
7575     public:
7576         virtual int radius() = 0;
7577         // ...
7578     };
7580 To make this interface useful, we must provide its implementation classes (here, named equivalently, but in the `Impl` namespace):
7582     class Impl::Shape : public virtual ::Shape { // implementation
7583     public:
7584         // constructors, destructor
7585         // ...
7586         Point center() const override { /* ... */ }
7587         Color color() const override { /* ... */ }
7589         void rotate(int) override { /* ... */ }
7590         void move(Point p) override { /* ... */ }
7592         void redraw() override { /* ... */ }
7594         // ...
7595     };
7597 Now `Shape` is a poor example of a class with an implementation,
7598 but bear with us because this is just a simple example of a technique aimed at more complex hierarchies.
7600     class Impl::Circle : public virtual ::Circle, public Impl::Shape {   // implementation
7601     public:
7602         // constructors, destructor
7604         int radius() override { /* ... */ }
7605         // ...
7606     };
7608 And we could extend the hierarchies by adding a Smiley class (:-)):
7610     class Smiley : public virtual Circle { // pure interface
7611     public:
7612         // ...
7613     };
7615     class Impl::Smiley : public virtual ::Smiley, public Impl::Circle {   // implementation
7616     public:
7617         // constructors, destructor
7618         // ...
7619     }
7621 There are now two hierarchies:
7623 * interface: Smiley -> Circle -> Shape
7624 * implementation: Impl::Smiley -> Impl::Circle -> Impl::Shape
7626 Since each implementation is derived from its interface as well as its implementation base class we get a lattice (DAG):
7628     Smiley     ->         Circle     ->  Shape
7629       ^                     ^               ^
7630       |                     |               |
7631     Impl::Smiley -> Impl::Circle -> Impl::Shape
7633 As mentioned, this is just one way to construct a dual hierarchy.
7635 The implementation hierarchy can be used directly, rather than through the abstract interface.
7637     void work_with_shape(Shape&);
7639     int user()
7640     {
7641         Impl::Smiley my_smiley{ /* args */ };   // create concrete shape
7642         // ...
7643         my_smiley.some_member();        // use implementation class directly
7644         // ...
7645         work_with_shape(my_smiley);     // use implementation through abstract interface
7646         // ...
7647     }
7649 This can be useful when the implementation class has members that are not offered in the abstract interface
7650 or if direct use of a member offers optimization opportunities (e.g., if an implementation member function is `final`)
7652 ##### Note
7654 Another (related) technique for separating interface and implementation is [Pimpl](#Ri-pimpl).
7656 ##### Note
7658 There is often a choice between offering common functionality as (implemented) base class functions and freestanding functions
7659 (in an implementation namespace).
7660 Base classes give a shorter notation and easier access to shared data (in the base)
7661 at the cost of the functionality being available only to users of the hierarchy.
7663 ##### Enforcement
7665 * Flag a derived to base conversion to a base with both data and virtual functions
7666 (except for calls from a derived class member to a base class member)
7667 * ???
7670 ### <a name="Rh-copy"></a>C.130: For making deep copies of polymorphic classes prefer a virtual `clone` function instead of public copy construction/assignment
7672 ##### Reason
7674 Copying a polymorphic class is discouraged due to the slicing problem, see [C.67](#Rc-copy-virtual). If you really need copy semantics, copy deeply: Provide a virtual `clone` function that will copy the actual most-derived type and return an owning pointer to the new object, and then in derived classes return the derived type (use a covariant return type).
7676 ##### Example
7678     class B {
7679     public:
7680         B() = default;
7681         virtual ~B() = default;
7682         virtual gsl::owner<B*> clone() const = 0;
7683     protected:
7684          B(const B&) = default;
7685          B& operator=(const B&) = default;
7686          B(B&&) noexcept = default;
7687          B& operator=(B&&) noexcept = default;
7688         // ...
7689     };
7691     class D : public B {
7692     public:
7693         gsl::owner<D*> clone() const override
7694         {
7695             return new D{*this};
7696         };
7697     };
7699 Generally, it is recommended to use smart pointers to represent ownership (see [R.20](#Rr-owner)). However, because of language rules, the covariant return type cannot be a smart pointer: `D::clone` can't return a `unique_ptr<D>` while `B::clone` returns `unique_ptr<B>`. Therefore, you either need to consistently return `unique_ptr<B>` in all overrides, or use `owner<>` utility from the [Guidelines Support Library](#SS-views).
7703 ### <a name="Rh-get"></a>C.131: Avoid trivial getters and setters
7705 ##### Reason
7707 A trivial getter or setter adds no semantic value; the data item could just as well be `public`.
7709 ##### Example
7711     class Point {   // Bad: verbose
7712         int x;
7713         int y;
7714     public:
7715         Point(int xx, int yy) : x{xx}, y{yy} { }
7716         int get_x() const { return x; }
7717         void set_x(int xx) { x = xx; }
7718         int get_y() const { return y; }
7719         void set_y(int yy) { y = yy; }
7720         // no behavioral member functions
7721     };
7723 Consider making such a class a `struct` -- that is, a behaviorless bunch of variables, all public data and no member functions.
7725     struct Point {
7726         int x {0};
7727         int y {0};
7728     };
7730 Note that we can put default initializers on data members: [C.49: Prefer initialization to assignment in constructors](#Rc-initialize).
7732 ##### Note
7734 The key to this rule is whether the semantics of the getter/setter are trivial. While it is not a complete definition of "trivial", consider whether there would be any difference beyond syntax if the getter/setter was a public data member instead. Examples of non-trivial semantics would be: maintaining a class invariant or converting between an internal type and an interface type.
7736 ##### Enforcement
7738 Flag multiple `get` and `set` member functions that simply access a member without additional semantics.
7740 ### <a name="Rh-virtual"></a>C.132: Don't make a function `virtual` without reason
7742 ##### Reason
7744 Redundant `virtual` increases run-time and object-code size.
7745 A virtual function can be overridden and is thus open to mistakes in a derived class.
7746 A virtual function ensures code replication in a templated hierarchy.
7748 ##### Example, bad
7750     template<class T>
7751     class Vector {
7752     public:
7753         // ...
7754         virtual int size() const { return sz; }   // bad: what good could a derived class do?
7755     private:
7756         T* elem;   // the elements
7757         int sz;    // number of elements
7758     };
7760 This kind of "vector" isn't meant to be used as a base class at all.
7762 ##### Enforcement
7764 * Flag a class with virtual functions but no derived classes.
7765 * Flag a class where all member functions are virtual and have implementations.
7767 ### <a name="Rh-protected"></a>C.133: Avoid `protected` data
7769 ##### Reason
7771 `protected` data is a source of complexity and errors.
7772 `protected` data complicates the statement of invariants.
7773 `protected` data inherently violates the guidance against putting data in base classes, which usually leads to having to deal with virtual inheritance as well.
7775 ##### Example, bad
7777     class Shape {
7778     public:
7779         // ... interface functions ...
7780     protected:
7781         // data for use in derived classes:
7782         Color fill_color;
7783         Color edge_color;
7784         Style st;
7785     };
7787 Now it is up to every derived `Shape` to manipulate the protected data correctly.
7788 This has been popular, but also a major source of maintenance problems.
7789 In a large class hierarchy, the consistent use of protected data is hard to maintain because there can be a lot of code,
7790 spread over a lot of classes.
7791 The set of classes that can touch that data is open: anyone can derive a new class and start manipulating the protected data.
7792 Often, it is not possible to examine the complete set of classes, so any change to the representation of the class becomes infeasible.
7793 There is no enforced invariant for the protected data; it is much like a set of global variables.
7794 The protected data has de facto become global to a large body of code.
7796 ##### Note
7798 Protected data often looks tempting to enable arbitrary improvements through derivation.
7799 Often, what you get is unprincipled changes and errors.
7800 [Prefer `private` data](#Rc-private) with a well-specified and enforced invariant.
7801 Alternative, and often better, [keep data out of any class used as an interface](#Rh-abstract).
7803 ##### Note
7805 Protected member function can be just fine.
7807 ##### Enforcement
7809 Flag classes with `protected` data.
7811 ### <a name="Rh-public"></a>C.134: Ensure all non-`const` data members have the same access level
7813 ##### Reason
7815 Prevention of logical confusion leading to errors.
7816 If the non-`const` data members don't have the same access level, the type is confused about what it's trying to do.
7817 Is it a type that maintains an invariant or simply a collection of values?
7819 ##### Discussion
7821 The core question is: What code is responsible for maintaining a meaningful/correct value for that variable?
7823 There are exactly two kinds of data members:
7825 * A: Ones that don't participate in the object's invariant. Any combination of values for these members is valid.
7826 * 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.
7828 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.
7830 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.
7832 Most classes are either all A or all B:
7834 * *All public*: If you're writing an aggregate bundle-of-variables without an invariant across those variables, then all the variables should be `public`.
7835   [By convention, declare such classes `struct` rather than `class`](#Rc-struct)
7836 * *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.
7838 ##### Exception
7840 Occasionally classes will mix A and B, usually for debug reasons. An encapsulated object might contain something like non-`const` debug instrumentation that isn't part of the invariant and so falls into category A -- it isn't really part of the object's value or meaningful observable state either. In that case, the A parts should be treated as A's (made `public`, or in rarer cases `protected` if they should be visible only to derived classes) and the B parts should still be treated like B's (`private` or `const`).
7842 ##### Enforcement
7844 Flag any class that has non-`const` data members with different access levels.
7846 ### <a name="Rh-mi-interface"></a>C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces
7848 ##### Reason
7850 Not all classes will necessarily support all interfaces, and not all callers will necessarily want to deal with all operations.
7851 Especially to break apart monolithic interfaces into "aspects" of behavior supported by a given derived class.
7853 ##### Example
7855     class iostream : public istream, public ostream {   // very simplified
7856         // ...
7857     };
7859 `istream` provides the interface to input operations; `ostream` provides the interface to output operations.
7860 `iostream` provides the union of the `istream` and `ostream` interfaces and the synchronization needed to allow both on a single stream.
7862 ##### Note
7864 This is a very common use of inheritance because the need for multiple different interfaces to an implementation is common
7865 and such interfaces are often not easily or naturally organized into a single-rooted hierarchy.
7867 ##### Note
7869 Such interfaces are typically abstract classes.
7871 ##### Enforcement
7875 ### <a name="Rh-mi-implementation"></a>C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes
7877 ##### Reason
7879 Some forms of mixins have state and often operations on that state.
7880 If the operations are virtual the use of inheritance is necessary, if not using inheritance can avoid boilerplate and forwarding.
7882 ##### Example
7884     class iostream : public istream, public ostream {   // very simplified
7885         // ...
7886     };
7888 `istream` provides the interface to input operations (and some data); `ostream` provides the interface to output operations (and some data).
7889 `iostream` provides the union of the `istream` and `ostream` interfaces and the synchronization needed to allow both on a single stream.
7891 ##### Note
7893 This a relatively rare use because implementation can often be organized into a single-rooted hierarchy.
7895 ##### Example
7897 Sometimes, an "implementation attribute" is more like a "mixin" that determine the behavior of an implementation and inject
7898 members to enable the implementation of the policies it requires.
7899 For example, see `std::enable_shared_from_this`
7900 or various bases from boost.intrusive (e.g. `list_base_hook` or `intrusive_ref_counter`).
7902 ##### Enforcement
7906 ### <a name="Rh-vbase"></a>C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes
7908 ##### Reason
7910  Allow separation of shared data and interface.
7911  To avoid all shared data to being put into an ultimate base class.
7913 ##### Example
7915     struct Interface {
7916         virtual void f();
7917         virtual int g();
7918         // ... no data here ...
7919     };
7921     class Utility {  // with data
7922         void utility1();
7923         virtual void utility2();    // customization point
7924     public:
7925         int x;
7926         int y;
7927     };
7929     class Derive1 : public Interface, virtual protected Utility {
7930         // override Interface functions
7931         // Maybe override Utility virtual functions
7932         // ...
7933     };
7935     class Derive2 : public Interface, virtual protected Utility {
7936         // override Interface functions
7937         // Maybe override Utility virtual functions
7938         // ...
7939     };
7941 Factoring out `Utility` makes sense if many derived classes share significant "implementation details."
7944 ##### Note
7946 Obviously, the example is too "theoretical", but it is hard to find a *small* realistic example.
7947 `Interface` is the root of an [interface hierarchy](#Rh-abstract)
7948 and `Utility` is the root of an [implementation hierarchy](#Rh-kind).
7949 Here is [a slightly more realistic example](https://www.quora.com/What-are-the-uses-and-advantages-of-virtual-base-class-in-C%2B%2B/answer/Lance-Diduck) with an explanation.
7951 ##### Note
7953 Often, linearization of a hierarchy is a better solution.
7955 ##### Enforcement
7957 Flag mixed interface and implementation hierarchies.
7959 ### <a name="Rh-using"></a>C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`
7961 ##### Reason
7963 Without a using declaration, member functions in the derived class hide the entire inherited overload sets.
7965 ##### Example, bad
7967     #include <iostream>
7968     class B {
7969     public:
7970         virtual int f(int i) { std::cout << "f(int): "; return i; }
7971         virtual double f(double d) { std::cout << "f(double): "; return d; }
7972         virtual ~B() = default;
7973     };
7974     class D: public B {
7975     public:
7976         int f(int i) override { std::cout << "f(int): "; return i + 1; }
7977     };
7978     int main()
7979     {
7980         D d;
7981         std::cout << d.f(2) << '\n';   // prints "f(int): 3"
7982         std::cout << d.f(2.3) << '\n'; // prints "f(int): 3"
7983     }
7985 ##### Example, good
7987     class D: public B {
7988     public:
7989         int f(int i) override { std::cout << "f(int): "; return i + 1; }
7990         using B::f; // exposes f(double)
7991     };
7993 ##### Note
7995 This issue affects both virtual and non-virtual member functions
7997 For variadic bases, C++17 introduced a variadic form of the using-declaration,
7999     template<class... Ts>
8000     struct Overloader : Ts... {
8001         using Ts::operator()...; // exposes operator() from every base
8002     };
8004 ##### Enforcement
8006 Diagnose name hiding
8008 ### <a name="Rh-final"></a>C.139: Use `final` on classes sparingly
8010 ##### Reason
8012 Capping a hierarchy with `final` classes is rarely needed for logical reasons and can be damaging to the extensibility of a hierarchy.
8014 ##### Example, bad
8016     class Widget { /* ... */ };
8018     // nobody will ever want to improve My_widget (or so you thought)
8019     class My_widget final : public Widget { /* ... */ };
8021     class My_improved_widget : public My_widget { /* ... */ };  // error: can't do that
8023 ##### Note
8025 Not every class is meant to be a base class.
8026 Most standard-library classes are examples of that (e.g., `std::vector` and `std::string` are not designed to be derived from).
8027 This rule is about using `final` on classes with virtual functions meant to be interfaces for a class hierarchy.
8029 ##### Note
8031 Capping an individual virtual function with `final` is error-prone as `final` can easily be overlooked when defining/overriding a set of functions.
8032 Fortunately, the compiler catches such mistakes: You cannot re-declare/re-open a `final` member in a derived class.
8034 ##### Note
8036 Claims of performance improvements from `final` should be substantiated.
8037 Too often, such claims are based on conjecture or experience with other languages.
8039 There are examples where `final` can be important for both logical and performance reasons.
8040 One example is a performance-critical AST hierarchy in a compiler or language analysis tool.
8041 New derived classes are not added every year and only by library implementers.
8042 However, misuses are (or at least have been) far more common.
8044 ##### Enforcement
8046 Flag uses of `final` on classes.
8049 ### <a name="Rh-virtual-default-arg"></a>C.140: Do not provide different default arguments for a virtual function and an overrider
8051 ##### Reason
8053 That can cause confusion: An overrider does not inherit default arguments.
8055 ##### Example, bad
8057     class Base {
8058     public:
8059         virtual int multiply(int value, int factor = 2) = 0;
8060         virtual ~Base() = default;
8061     };
8063     class Derived : public Base {
8064     public:
8065         int multiply(int value, int factor = 10) override;
8066     };
8068     Derived d;
8069     Base& b = d;
8071     b.multiply(10);  // these two calls will call the same function but
8072     d.multiply(10);  // with different arguments and so different results
8074 ##### Enforcement
8076 Flag default arguments on virtual functions if they differ between base and derived declarations.
8078 ## C.hier-access: Accessing objects in a hierarchy
8080 ### <a name="Rh-poly"></a>C.145: Access polymorphic objects through pointers and references
8082 ##### Reason
8084 If you have a class with a virtual function, you don't (in general) know which class provided the function to be used.
8086 ##### Example
8088     struct B { int a; virtual int f(); virtual ~B() = default };
8089     struct D : B { int b; int f() override; };
8091     void use(B b)
8092     {
8093         D d;
8094         B b2 = d;   // slice
8095         B b3 = b;
8096     }
8098     void use2()
8099     {
8100         D d;
8101         use(d);   // slice
8102     }
8104 Both `d`s are sliced.
8106 ##### Exception
8108 You can safely access a named polymorphic object in the scope of its definition, just don't slice it.
8110     void use3()
8111     {
8112         D d;
8113         d.f();   // OK
8114     }
8116 ##### See also
8118 [A polymorphic class should suppress copying](#Rc-copy-virtual)
8120 ##### Enforcement
8122 Flag all slicing.
8124 ### <a name="Rh-dynamic_cast"></a>C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable
8126 ##### Reason
8128 `dynamic_cast` is checked at run time.
8130 ##### Example
8132     struct B {   // an interface
8133         virtual void f();
8134         virtual void g();
8135         virtual ~B();
8136     };
8138     struct D : B {   // a wider interface
8139         void f() override;
8140         virtual void h();
8141     };
8143     void user(B* pb)
8144     {
8145         if (D* pd = dynamic_cast<D*>(pb)) {
8146             // ... use D's interface ...
8147         }
8148         else {
8149             // ... make do with B's interface ...
8150         }
8151     }
8153 Use of the other casts can violate type safety and cause the program to access a variable that is actually of type `X` to be accessed as if it were of an unrelated type `Z`:
8155     void user2(B* pb)   // bad
8156     {
8157         D* pd = static_cast<D*>(pb);    // I know that pb really points to a D; trust me
8158         // ... use D's interface ...
8159     }
8161     void user3(B* pb)    // unsafe
8162     {
8163         if (some_condition) {
8164             D* pd = static_cast<D*>(pb);   // I know that pb really points to a D; trust me
8165             // ... use D's interface ...
8166         }
8167         else {
8168             // ... make do with B's interface ...
8169         }
8170     }
8172     void f()
8173     {
8174         B b;
8175         user(&b);   // OK
8176         user2(&b);  // bad error
8177         user3(&b);  // OK *if* the programmer got the some_condition check right
8178     }
8180 ##### Note
8182 Like other casts, `dynamic_cast` is overused.
8183 [Prefer virtual functions to casting](#Rh-use-virtual).
8184 Prefer [static polymorphism](#???) to hierarchy navigation where it is possible (no run-time resolution necessary)
8185 and reasonably convenient.
8187 ##### Note
8189 Some people use `dynamic_cast` where a `typeid` would have been more appropriate;
8190 `dynamic_cast` is a general "is kind of" operation for discovering the best interface to an object,
8191 whereas `typeid` is a "give me the exact type of this object" operation to discover the actual type of an object.
8192 The latter is an inherently simpler operation that ought to be faster.
8193 The latter (`typeid`) is easily hand-crafted if necessary (e.g., if working on a system where RTTI is -- for some reason -- prohibited),
8194 the former (`dynamic_cast`) is far harder to implement correctly in general.
8196 Consider:
8198     struct B {
8199         const char* name {"B"};
8200         // if pb1->id() == pb2->id() *pb1 is the same type as *pb2
8201         virtual const char* id() const { return name; }
8202         // ...
8203     };
8205     struct D : B {
8206         const char* name {"D"};
8207         const char* id() const override { return name; }
8208         // ...
8209     };
8211     void use()
8212     {
8213         B* pb1 = new B;
8214         B* pb2 = new D;
8216         cout << pb1->id(); // "B"
8217         cout << pb2->id(); // "D"
8220         if (pb2->id() == "D") {         // looks innocent
8221             D* pd = static_cast<D*>(pb2);
8222             // ...
8223         }
8224         // ...
8225     }
8227 The result of `pb2->id() == "D"` is actually implementation defined.
8228 We added it to warn of the dangers of home-brew RTTI.
8229 This code might work as expected for years, just to fail on a new machine, new compiler, or a new linker that does not unify character literals.
8231 If you implement your own RTTI, be careful.
8233 ##### Exception
8235 If your implementation provided a really slow `dynamic_cast`, you might have to use a workaround.
8236 However, all workarounds that cannot be statically resolved involve explicit casting (typically `static_cast`) and are error-prone.
8237 You will basically be crafting your own special-purpose `dynamic_cast`.
8238 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)
8239 and that your use of `dynamic_cast` is really performance critical.
8241 We are of the opinion that current implementations of `dynamic_cast` are unnecessarily slow.
8242 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).
8243 However, compatibility makes changes difficult even if all agree that an effort to optimize is worthwhile.
8245 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.
8247 ##### Exception
8249 Consider:
8251     template<typename B>
8252     class Dx : B {
8253         // ...
8254     };
8256 ##### Enforcement
8258 * Flag all uses of `static_cast` for downcasts, including C-style casts that perform a `static_cast`.
8259 * This rule is part of the [type-safety profile](#Pro-type-downcast).
8261 ### <a name="Rh-ref-cast"></a>C.147: Use `dynamic_cast` to a reference type when failure to find the required class is considered an error
8263 ##### Reason
8265 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.
8267 ##### Example
8269     std::string f(Base& b)
8270     {
8271         return dynamic_cast<Derived&>(b).to_string();
8272     }
8274 ##### Enforcement
8278 ### <a name="Rh-ptr-cast"></a>C.148: Use `dynamic_cast` to a pointer type when failure to find the required class is considered a valid alternative
8280 ##### Reason
8282 The `dynamic_cast` conversion allows to test whether a pointer is pointing at a polymorphic object that has a given class in its hierarchy. Since failure to find the class merely returns a null value, it can be tested during run time. This allows writing code that can choose alternative paths depending on the results.
8284 Contrast with [C.147](#Rh-ref-cast), where failure is an error, and should not be used for conditional execution.
8286 ##### Example
8288 The example below describes the `add` function of a `Shape_owner` that takes ownership of constructed `Shape` objects. The objects are also sorted into views, according to their geometric attributes.
8289 In this example, `Shape` does not inherit from `Geometric_attributes`. Only its subclasses do.
8291     void add(Shape* const item)
8292     {
8293       // Ownership is always taken
8294       owned_shapes.emplace_back(item);
8296       // Check the Geometric_attributes and add the shape to none/one/some/all of the views
8298       if (auto even = dynamic_cast<Even_sided*>(item))
8299       {
8300         view_of_evens.emplace_back(even);
8301       }
8303       if (auto trisym = dynamic_cast<Trilaterally_symmetrical*>(item))
8304       {
8305         view_of_trisyms.emplace_back(trisym);
8306       }
8307     }
8309 ##### Notes
8311 A failure to find the required class will cause `dynamic_cast` to return a null value, and de-referencing a null-valued pointer will lead to undefined behavior.
8312 Therefore the result of the `dynamic_cast` should always be treated as if it might contain a null value, and tested.
8314 ##### Enforcement
8316 * (Complex) Unless there is a null test on the result of a `dynamic_cast` of a pointer type, warn upon dereference of the pointer.
8318 ### <a name="Rh-smart"></a>C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`
8320 ##### Reason
8322 Avoid resource leaks.
8324 ##### Example
8326     void use(int i)
8327     {
8328         auto p = new int {7};           // bad: initialize local pointers with new
8329         auto q = make_unique<int>(9);   // ok: guarantee the release of the memory-allocated for 9
8330         if (0 < i) return;              // maybe return and leak
8331         delete p;                       // too late
8332     }
8334 ##### Enforcement
8336 * Flag initialization of a naked pointer with the result of a `new`
8337 * Flag `delete` of local variable
8339 ### <a name="Rh-make_unique"></a>C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s
8341 See [R.23](#Rr-make_unique)
8343 ### <a name="Rh-make_shared"></a>C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s
8345 See [R.22](#Rr-make_shared)
8347 ### <a name="Rh-array"></a>C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base
8349 ##### Reason
8351 Subscripting the resulting base pointer will lead to invalid object access and probably to memory corruption.
8353 ##### Example
8355     struct B { int x; };
8356     struct D : B { int y; };
8358     void use(B*);
8360     D a[] = { {1, 2}, {3, 4}, {5, 6} };
8361     B* p = a;     // bad: a decays to &a[0] which is converted to a B*
8362     p[1].x = 7;   // overwrite a[0].y
8364     use(a);       // bad: a decays to &a[0] which is converted to a B*
8366 ##### Enforcement
8368 * Flag all combinations of array decay and base to derived conversions.
8369 * 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`
8372 ### <a name="Rh-use-virtual"></a>C.153: Prefer virtual function to casting
8374 ##### Reason
8376 A virtual function call is safe, whereas casting is error-prone.
8377 A virtual function call reaches the most derived function, whereas a cast might reach an intermediate class and therefore
8378 give a wrong result (especially as a hierarchy is modified during maintenance).
8380 ##### Example
8382     ???
8384 ##### Enforcement
8386 See [C.146](#Rh-dynamic_cast) and ???
8388 ## <a name="SS-overload"></a>C.over: Overloading and overloaded operators
8390 You can overload ordinary functions, function templates, and operators.
8391 You cannot overload function objects.
8393 Overload rule summary:
8395 * [C.160: Define operators primarily to mimic conventional usage](#Ro-conventional)
8396 * [C.161: Use non-member functions for symmetric operators](#Ro-symmetric)
8397 * [C.162: Overload operations that are roughly equivalent](#Ro-equivalent)
8398 * [C.163: Overload only for operations that are roughly equivalent](#Ro-equivalent-2)
8399 * [C.164: Avoid implicit conversion operators](#Ro-conversion)
8400 * [C.165: Use `using` for customization points](#Ro-custom)
8401 * [C.166: Overload unary `&` only as part of a system of smart pointers and references](#Ro-address-of)
8402 * [C.167: Use an operator for an operation with its conventional meaning](#Ro-overload)
8403 * [C.168: Define overloaded operators in the namespace of their operands](#Ro-namespace)
8404 * [C.170: If you feel like overloading a lambda, use a generic lambda](#Ro-lambda)
8406 ### <a name="Ro-conventional"></a>C.160: Define operators primarily to mimic conventional usage
8408 ##### Reason
8410 Minimize surprises.
8412 ##### Example
8414     class X {
8415     public:
8416         // ...
8417         X& operator=(const X&); // member function defining assignment
8418         friend bool operator==(const X&, const X&); // == needs access to representation
8419                                                     // after a = b we have a == b
8420         // ...
8421     };
8423 Here, the conventional semantics is maintained: [Copies compare equal](#SS-copy).
8425 ##### Example, bad
8427     X operator+(X a, X b) { return a.v - b.v; }   // bad: makes + subtract
8429 ##### Note
8431 Non-member operators should be either friends or defined in [the same namespace as their operands](#Ro-namespace).
8432 [Binary operators should treat their operands equivalently](#Ro-symmetric).
8434 ##### Enforcement
8436 Possibly impossible.
8438 ### <a name="Ro-symmetric"></a>C.161: Use non-member functions for symmetric operators
8440 ##### Reason
8442 If you use member functions, you need two.
8443 Unless you use a non-member function for (say) `==`, `a == b` and `b == a` will be subtly different.
8445 ##### Example
8447     bool operator==(Point a, Point b) { return a.x == b.x && a.y == b.y; }
8449 ##### Enforcement
8451 Flag member operator functions.
8453 ### <a name="Ro-equivalent"></a>C.162: Overload operations that are roughly equivalent
8455 ##### Reason
8457 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.
8459 ##### Example
8461 Consider:
8463     void print(int a);
8464     void print(int a, int base);
8465     void print(const string&);
8467 These three functions all print their arguments (appropriately). Conversely:
8469     void print_int(int a);
8470     void print_based(int a, int base);
8471     void print_string(const string&);
8473 These three functions all print their arguments (appropriately). Adding to the name just introduced verbosity and inhibits generic code.
8475 ##### Enforcement
8479 ### <a name="Ro-equivalent-2"></a>C.163: Overload only for operations that are roughly equivalent
8481 ##### Reason
8483 Having the same name for logically different functions is confusing and leads to errors when using generic programming.
8485 ##### Example
8487 Consider:
8489     void open_gate(Gate& g);   // remove obstacle from garage exit lane
8490     void fopen(const char* name, const char* mode);   // open file
8492 The two operations are fundamentally different (and unrelated) so it is good that their names differ. Conversely:
8494     void open(Gate& g);   // remove obstacle from garage exit lane
8495     void open(const char* name, const char* mode ="r");   // open file
8497 The two operations are still fundamentally different (and unrelated) but the names have been reduced to their (common) minimum, opening opportunities for confusion.
8498 Fortunately, the type system will catch many such mistakes.
8500 ##### Note
8502 Be particularly careful about common and popular names, such as `open`, `move`, `+`, and `==`.
8504 ##### Enforcement
8508 ### <a name="Ro-conversion"></a>C.164: Avoid implicit conversion operators
8510 ##### Reason
8512 Implicit conversions can be essential (e.g., `double` to `int`) but often cause surprises (e.g., `String` to C-style string).
8514 ##### Note
8516 Prefer explicitly named conversions until a serious need is demonstrated.
8517 By "serious need" we mean a reason that is fundamental in the application domain (such as an integer to complex number conversion)
8518 and frequently needed. Do not introduce implicit conversions (through conversion operators or non-`explicit` constructors)
8519 just to gain a minor convenience.
8521 ##### Example
8523     struct S1 {
8524         string s;
8525         // ...
8526         operator char*() { return s.data(); }  // BAD, likely to cause surprises
8527     };
8529     struct S2 {
8530         string s;
8531         // ...
8532         explicit operator char*() { return s.data(); }
8533     };
8535     void f(S1 s1, S2 s2)
8536     {
8537         char* x1 = s1;     // OK, but can cause surprises in many contexts
8538         char* x2 = s2;     // error (and that's usually a good thing)
8539         char* x3 = static_cast<char*>(s2); // we can be explicit (on your head be it)
8540     }
8542 The surprising and potentially damaging implicit conversion can occur in arbitrarily hard-to spot contexts, e.g.,
8544     S1 ff();
8546     char* g()
8547     {
8548         return ff();
8549     }
8551 The string returned by `ff()` is destroyed before the returned pointer into it can be used.
8553 ##### Enforcement
8555 Flag all non-explicit conversion operators.
8557 ### <a name="Ro-custom"></a>C.165: Use `using` for customization points
8559 ##### Reason
8561 To find function objects and functions defined in a separate namespace to "customize" a common function.
8563 ##### Example
8565 Consider `swap`. It is a general (standard-library) function with a definition that will work for just about any type.
8566 However, it is desirable to define specific `swap()`s for specific types.
8567 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.
8569     namespace N {
8570         My_type X { /* ... */ };
8571         void swap(X&, X&);   // optimized swap for N::X
8572         // ...
8573     }
8575     void f1(N::X& a, N::X& b)
8576     {
8577         std::swap(a, b);   // probably not what we wanted: calls std::swap()
8578     }
8580 The `std::swap()` in `f1()` does exactly what we asked it to do: it calls the `swap()` in namespace `std`.
8581 Unfortunately, that's probably not what we wanted.
8582 How do we get `N::X` considered?
8584     void f2(N::X& a, N::X& b)
8585     {
8586         swap(a, b);   // calls N::swap
8587     }
8589 But that might not be what we wanted for generic code.
8590 There, we typically want the specific function if it exists and the general function if not.
8591 This is done by including the general function in the lookup for the function:
8593     void f3(N::X& a, N::X& b)
8594     {
8595         using std::swap;  // make std::swap available
8596         swap(a, b);        // calls N::swap if it exists, otherwise std::swap
8597     }
8599 ##### Enforcement
8601 Unlikely, except for known customization points, such as `swap`.
8602 The problem is that the unqualified and qualified lookups both have uses.
8604 ### <a name="Ro-address-of"></a>C.166: Overload unary `&` only as part of a system of smart pointers and references
8606 ##### Reason
8608 The `&` operator is fundamental in C++.
8609 Many parts of the C++ semantics assume its default meaning.
8611 ##### Example
8613     class Ptr { // a somewhat smart pointer
8614         Ptr(X* pp) : p(pp) { /* check */ }
8615         X* operator->() { /* check */ return p; }
8616         X operator[](int i);
8617         X operator*();
8618     private:
8619         T* p;
8620     };
8622     class X {
8623         Ptr operator&() { return Ptr{this}; }
8624         // ...
8625     };
8627 ##### Note
8629 If you "mess with" operator `&` be sure that its definition has matching meanings for `->`, `[]`, `*`, and `.` on the result type.
8630 Note that operator `.` currently cannot be overloaded so a perfect system is impossible.
8631 We hope to remedy that: [Operator Dot (R2)](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4477.pdf).
8632 Note that `std::addressof()` always yields a built-in pointer.
8634 ##### Enforcement
8636 Tricky. Warn if `&` is user-defined without also defining `->` for the result type.
8638 ### <a name="Ro-overload"></a>C.167: Use an operator for an operation with its conventional meaning
8640 ##### Reason
8642 Readability. Convention. Reusability. Support for generic code
8644 ##### Example
8646     void cout_my_class(const My_class& c) // confusing, not conventional,not generic
8647     {
8648         std::cout << /* class members here */;
8649     }
8651     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const my_class& c) // OK
8652     {
8653         return os << /* class members here */;
8654     }
8656 By itself, `cout_my_class` would be OK, but it is not usable/composable with code that rely on the `<<` convention for output:
8658     My_class var { /* ... */ };
8659     // ...
8660     cout << "var = " << var << '\n';
8662 ##### Note
8664 There are strong and vigorous conventions for the meaning of most operators, such as
8666 * comparisons (`==`, `!=`, `<`, `<=`, `>`, `>=`, and `<=>`),
8667 * arithmetic operations (`+`, `-`, `*`, `/`, and `%`)
8668 * access operations (`.`, `->`, unary `*`, and `[]`)
8669 * assignment (`=`)
8671 Don't define those unconventionally and don't invent your own names for them.
8673 ##### Enforcement
8675 Tricky. Requires semantic insight.
8677 ### <a name="Ro-namespace"></a>C.168: Define overloaded operators in the namespace of their operands
8679 ##### Reason
8681 Readability.
8682 Ability for find operators using ADL.
8683 Avoiding inconsistent definition in different namespaces
8685 ##### Example
8687     struct S { };
8688     S operator+(S, S);   // OK: in the same namespace as S, and even next to S
8689     S s;
8691     S r = s + s;
8693 ##### Example
8695     namespace N {
8696         struct S { };
8697         S operator+(S, S);   // OK: in the same namespace as S, and even next to S
8698     }
8700     N::S s;
8702     S r = s + s;  // finds N::operator+() by ADL
8704 ##### Example, bad
8706     struct S { };
8707     S s;
8709     namespace N {
8710         bool operator!(S a) { return true; }
8711         bool not_s = !s;
8712     }
8714     namespace M {
8715         bool operator!(S a) { return false; }
8716         bool not_s = !s;
8717     }
8719 Here, the meaning of `!s` differs in `N` and `M`.
8720 This can be most confusing.
8721 Remove the definition of `namespace M` and the confusion is replaced by an opportunity to make the mistake.
8723 ##### Note
8725 If a binary operator is defined for two types that are defined in different namespaces, you cannot follow this rule.
8726 For example:
8728     Vec::Vector operator*(const Vec::Vector&, const Mat::Matrix&);
8730 This might be something best avoided.
8732 ##### See also
8734 This is a special case of the rule that [helper functions should be defined in the same namespace as their class](#Rc-helper).
8736 ##### Enforcement
8738 * Flag operator definitions that are not in the namespace of their operands
8740 ### <a name="Ro-lambda"></a>C.170: If you feel like overloading a lambda, use a generic lambda
8742 ##### Reason
8744 You cannot overload by defining two different lambdas with the same name.
8746 ##### Example
8748     void f(int);
8749     void f(double);
8750     auto f = [](char);   // error: cannot overload variable and function
8752     auto g = [](int) { /* ... */ };
8753     auto g = [](double) { /* ... */ };   // error: cannot overload variables
8755     auto h = [](auto) { /* ... */ };   // OK
8757 ##### Enforcement
8759 The compiler catches the attempt to overload a lambda.
8761 ## <a name="SS-union"></a>C.union: Unions
8763 A `union` is a `struct` where all members start at the same address so that it can hold only one member at a time.
8764 A `union` does not keep track of which member is stored so the programmer has to get it right;
8765 this is inherently error-prone, but there are ways to compensate.
8767 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*.
8769 Union rule summary:
8771 * [C.180: Use `union`s to save Memory](#Ru-union)
8772 * [C.181: Avoid "naked" `union`s](#Ru-naked)
8773 * [C.182: Use anonymous `union`s to implement tagged unions](#Ru-anonymous)
8774 * [C.183: Don't use a `union` for type punning](#Ru-pun)
8775 * ???
8777 ### <a name="Ru-union"></a>C.180: Use `union`s to save memory
8779 ##### Reason
8781 A `union` allows a single piece of memory to be used for different types of objects at different times.
8782 Consequently, it can be used to save memory when we have several objects that are never used at the same time.
8784 ##### Example
8786     union Value {
8787         int x;
8788         double d;
8789     };
8791     Value v = { 123 };  // now v holds an int
8792     cout << v.x << '\n';    // write 123
8793     v.d = 987.654;  // now v holds a double
8794     cout << v.d << '\n';    // write 987.654
8796 But heed the warning: [Avoid "naked" `union`s](#Ru-naked)
8798 ##### Example
8800     // Short-string optimization
8802     constexpr size_t buffer_size = 16; // Slightly larger than the size of a pointer
8804     class Immutable_string {
8805     public:
8806         Immutable_string(const char* str) :
8807             size(strlen(str))
8808         {
8809             if (size < buffer_size)
8810                 strcpy_s(string_buffer, buffer_size, str);
8811             else {
8812                 string_ptr = new char[size + 1];
8813                 strcpy_s(string_ptr, size + 1, str);
8814             }
8815         }
8817         ~Immutable_string()
8818         {
8819             if (size >= buffer_size)
8820                 delete[] string_ptr;
8821         }
8823         const char* get_str() const
8824         {
8825             return (size < buffer_size) ? string_buffer : string_ptr;
8826         }
8828     private:
8829         // If the string is short enough, we store the string itself
8830         // instead of a pointer to the string.
8831         union {
8832             char* string_ptr;
8833             char string_buffer[buffer_size];
8834         };
8836         const size_t size;
8837     };
8839 ##### Enforcement
8843 ### <a name="Ru-naked"></a>C.181: Avoid "naked" `union`s
8845 ##### Reason
8847 A *naked union* is a union without an associated indicator which member (if any) it holds,
8848 so that the programmer has to keep track.
8849 Naked unions are a source of type errors.
8851 ##### Example, bad
8853     union Value {
8854         int x;
8855         double d;
8856     };
8858     Value v;
8859     v.d = 987.654;  // v holds a double
8861 So far, so good, but we can easily misuse the `union`:
8863     cout << v.x << '\n';    // BAD, undefined behavior: v holds a double, but we read it as an int
8865 Note that the type error happened without any explicit cast.
8866 When we tested that program the last value printed was `1683627180` which is the integer value for the bit pattern for `987.654`.
8867 What we have here is an "invisible" type error that happens to give a result that could easily look innocent.
8869 And, talking about "invisible", this code produced no output:
8871     v.x = 123;
8872     cout << v.d << '\n';    // BAD: undefined behavior
8874 ##### Alternative
8876 Wrap a `union` in a class together with a type field.
8878 The C++17 `variant` type (found in `<variant>`) does that for you:
8880     variant<int, double> v;
8881     v = 123;        // v holds an int
8882     int x = get<int>(v);
8883     v = 123.456;    // v holds a double
8884     double w = get<double>(v);
8886 ##### Enforcement
8890 ### <a name="Ru-anonymous"></a>C.182: Use anonymous `union`s to implement tagged unions
8892 ##### Reason
8894 A well-designed tagged union is type safe.
8895 An *anonymous* union simplifies the definition of a class with a (tag, union) pair.
8897 ##### Example
8899 This example is mostly borrowed from TC++PL4 pp216-218.
8900 You can look there for an explanation.
8902 The code is somewhat elaborate.
8903 Handling a type with user-defined assignment and destructor is tricky.
8904 Saving programmers from having to write such code is one reason for including `variant` in the standard.
8906     class Value { // two alternative representations represented as a union
8907     private:
8908         enum class Tag { number, text };
8909         Tag type; // discriminant
8911         union { // representation (note: anonymous union)
8912             int i;
8913             string s; // string has default constructor, copy operations, and destructor
8914         };
8915     public:
8916         struct Bad_entry { }; // used for exceptions
8918         ~Value();
8919         Value& operator=(const Value&);   // necessary because of the string variant
8920         Value(const Value&);
8921         // ...
8922         int number() const;
8923         string text() const;
8925         void set_number(int n);
8926         void set_text(const string&);
8927         // ...
8928     };
8930     int Value::number() const
8931     {
8932         if (type != Tag::number) throw Bad_entry{};
8933         return i;
8934     }
8936     string Value::text() const
8937     {
8938         if (type != Tag::text) throw Bad_entry{};
8939         return s;
8940     }
8942     void Value::set_number(int n)
8943     {
8944         if (type == Tag::text) {
8945             s.~string();      // explicitly destroy string
8946             type = Tag::number;
8947         }
8948         i = n;
8949     }
8951     void Value::set_text(const string& ss)
8952     {
8953         if (type == Tag::text)
8954             s = ss;
8955         else {
8956             new(&s) string{ss};   // placement new: explicitly construct string
8957             type = Tag::text;
8958         }
8959     }
8961     Value& Value::operator=(const Value& e)   // necessary because of the string variant
8962     {
8963         if (type == Tag::text && e.type == Tag::text) {
8964             s = e.s;    // usual string assignment
8965             return *this;
8966         }
8968         if (type == Tag::text) s.~string(); // explicit destroy
8970         switch (e.type) {
8971         case Tag::number:
8972             i = e.i;
8973             break;
8974         case Tag::text:
8975             new(&s) string(e.s);   // placement new: explicit construct
8976         }
8978         type = e.type;
8979         return *this;
8980     }
8982     Value::~Value()
8983     {
8984         if (type == Tag::text) s.~string(); // explicit destroy
8985     }
8987 ##### Enforcement
8991 ### <a name="Ru-pun"></a>C.183: Don't use a `union` for type punning
8993 ##### Reason
8995 It is undefined behavior to read a `union` member with a different type from the one with which it was written.
8996 Such punning is invisible, or at least harder to spot than using a named cast.
8997 Type punning using a `union` is a source of errors.
8999 ##### Example, bad
9001     union Pun {
9002         int x;
9003         unsigned char c[sizeof(int)];
9004     };
9006 The idea of `Pun` is to be able to look at the character representation of an `int`.
9008     void bad(Pun& u)
9009     {
9010         u.x = 'x';
9011         cout << u.c[0] << '\n';     // undefined behavior
9012     }
9014 If you wanted to see the bytes of an `int`, use a (named) cast:
9016     void if_you_must_pun(int& x)
9017     {
9018         auto p = reinterpret_cast<std::byte*>(&x);
9019         cout << p[0] << '\n';     // OK; better
9020         // ...
9021     }
9023 Accessing the result of a `reinterpret_cast` from the object's declared type to `char*`, `unsigned char*`, or `std::byte*` is defined behavior. (Using `reinterpret_cast` is discouraged,
9024 but at least we can see that something tricky is going on.)
9026 ##### Note
9028 Unfortunately, `union`s are commonly used for type punning.
9029 We don't consider "sometimes, it works as expected" a conclusive argument.
9031 C++17 introduced a distinct type `std::byte` to facilitate operations on raw object representation.  Use that type instead of `unsigned char` or `char` for these operations.
9033 ##### Enforcement
9039 # <a name="S-enum"></a>Enum: Enumerations
9041 Enumerations are used to define sets of integer values and for defining types for such sets of values.
9042 There are two kinds of enumerations, "plain" `enum`s and `class enum`s.
9044 Enumeration rule summary:
9046 * [Enum.1: Prefer enumerations over macros](#Renum-macro)
9047 * [Enum.2: Use enumerations to represent sets of related named constants](#Renum-set)
9048 * [Enum.3: Prefer `enum class`es over "plain" `enum`s](#Renum-class)
9049 * [Enum.4: Define operations on enumerations for safe and simple use](#Renum-oper)
9050 * [Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators](#Renum-caps)
9051 * [Enum.6: Avoid unnamed enumerations](#Renum-unnamed)
9052 * [Enum.7: Specify the underlying type of an enumeration only when necessary](#Renum-underlying)
9053 * [Enum.8: Specify enumerator values only when necessary](#Renum-value)
9055 ### <a name="Renum-macro"></a>Enum.1: Prefer enumerations over macros
9057 ##### Reason
9059 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.
9061 ##### Example
9063 First some bad old code:
9065     // webcolors.h (third party header)
9066     #define RED   0xFF0000
9067     #define GREEN 0x00FF00
9068     #define BLUE  0x0000FF
9070     // productinfo.h
9071     // The following define product subtypes based on color
9072     #define RED    0
9073     #define PURPLE 1
9074     #define BLUE   2
9076     int webby = BLUE;   // webby == 2; probably not what was desired
9078 Instead use an `enum`:
9080     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
9081     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
9083     int webby = blue;   // error: be specific
9084     Web_color webby = Web_color::blue;
9086 We used an `enum class` to avoid name clashes.
9088 ##### Note
9090 Also consider `constexpr` and `const inline` variables.
9092 ##### Enforcement
9094 Flag macros that define integer values. Use `enum` or `const inline` or another non-macro alternative instead.
9097 ### <a name="Renum-set"></a>Enum.2: Use enumerations to represent sets of related named constants
9099 ##### Reason
9101 An enumeration shows the enumerators to be related and can be a named type.
9105 ##### Example
9107     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
9110 ##### Note
9112 Switching on an enumeration is common and the compiler can warn against unusual patterns of case labels. For example:
9114     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
9116     void print(Product_info inf)
9117     {
9118         switch (inf) {
9119         case Product_info::red: cout << "red"; break;
9120         case Product_info::purple: cout << "purple"; break;
9121         }
9122     }
9124 Such off-by-one `switch`-statements are often the results of an added enumerator and insufficient testing.
9126 ##### Enforcement
9128 * Flag `switch`-statements where the `case`s cover most but not all enumerators of an enumeration.
9129 * Flag `switch`-statements where the `case`s cover a few enumerators of an enumeration, but there is no `default`.
9132 ### <a name="Renum-class"></a>Enum.3: Prefer class enums over "plain" enums
9134 ##### Reason
9136 To minimize surprises: traditional enums convert to int too readily.
9138 ##### Example
9140     void Print_color(int color);
9142     enum Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
9143     enum Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
9145     Web_color webby = Web_color::blue;
9147     // Clearly at least one of these calls is buggy.
9148     Print_color(webby);
9149     Print_color(Product_info::blue);
9151 Instead use an `enum class`:
9153     void Print_color(int color);
9155     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
9156     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
9158     Web_color webby = Web_color::blue;
9159     Print_color(webby);  // Error: cannot convert Web_color to int.
9160     Print_color(Product_info::red);  // Error: cannot convert Product_info to int.
9162 ##### Enforcement
9164 (Simple) Warn on any non-class `enum` definition.
9166 ### <a name="Renum-oper"></a>Enum.4: Define operations on enumerations for safe and simple use
9168 ##### Reason
9170 Convenience of use and avoidance of errors.
9172 ##### Example
9174     enum class Day { mon, tue, wed, thu, fri, sat, sun };
9176     Day& operator++(Day& d)
9177     {
9178         return d = (d == Day::sun) ? Day::mon : static_cast<Day>(static_cast<int>(d)+1);
9179     }
9181     Day today = Day::sat;
9182     Day tomorrow = ++today;
9184 The use of a `static_cast` is not pretty, but
9186     Day& operator++(Day& d)
9187     {
9188         return d = (d == Day::sun) ? Day::mon : Day{++d};    // error
9189     }
9191 is an infinite recursion, and writing it without a cast, using a `switch` on all cases is long-winded.
9194 ##### Enforcement
9196 Flag repeated expressions cast back into an enumeration.
9199 ### <a name="Renum-caps"></a>Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators
9201 ##### Reason
9203 Avoid clashes with macros.
9205 ##### Example, bad
9207      // webcolors.h (third party header)
9208     #define RED   0xFF0000
9209     #define GREEN 0x00FF00
9210     #define BLUE  0x0000FF
9212     // productinfo.h
9213     // The following define product subtypes based on color
9215     enum class Product_info { RED, PURPLE, BLUE };   // syntax error
9217 ##### Enforcement
9219 Flag ALL_CAPS enumerators.
9221 ### <a name="Renum-unnamed"></a>Enum.6: Avoid unnamed enumerations
9223 ##### Reason
9225 If you can't name an enumeration, the values are not related
9227 ##### Example, bad
9229     enum { red = 0xFF0000, scale = 4, is_signed = 1 };
9231 Such code is not uncommon in code written before there were convenient alternative ways of specifying integer constants.
9233 ##### Alternative
9235 Use `constexpr` values instead. For example:
9237     constexpr int red = 0xFF0000;
9238     constexpr short scale = 4;
9239     constexpr bool is_signed = true;
9241 ##### Enforcement
9243 Flag unnamed enumerations.
9246 ### <a name="Renum-underlying"></a>Enum.7: Specify the underlying type of an enumeration only when necessary
9248 ##### Reason
9250 The default is the easiest to read and write.
9251 `int` is the default integer type.
9252 `int` is compatible with C `enum`s.
9254 ##### Example
9256     enum class Direction : char { n, s, e, w,
9257                                   ne, nw, se, sw };  // underlying type saves space
9259     enum class Web_color : int32_t { red   = 0xFF0000,
9260                                      green = 0x00FF00,
9261                                      blue  = 0x0000FF };  // underlying type is redundant
9263 ##### Note
9265 Specifying the underlying type is necessary to forward-declare an enum or enum class:
9267     enum Flags : char;
9269     void f(Flags);
9271     // ....
9273     enum Flags : char { /* ... */ };
9275 or to ensure that values of that type have a specified bit-precision:
9277     enum Bitboard : uint64_t { /* ... */ };
9279 ##### Enforcement
9281 ????
9284 ### <a name="Renum-value"></a>Enum.8: Specify enumerator values only when necessary
9286 ##### Reason
9288 It's the simplest.
9289 It avoids duplicate enumerator values.
9290 The default gives a consecutive set of values that is good for `switch`-statement implementations.
9292 ##### Example
9294     enum class Col1 { red, yellow, blue };
9295     enum class Col2 { red = 1, yellow = 2, blue = 2 }; // typo
9296     enum class Month { jan = 1, feb, mar, apr, may, jun,
9297                        jul, august, sep, oct, nov, dec }; // starting with 1 is conventional
9298     enum class Base_flag { dec = 1, oct = dec << 1, hex = dec << 2 }; // set of bits
9300 Specifying values is necessary to match conventional values (e.g., `Month`)
9301 and where consecutive values are undesirable (e.g., to get separate bits as in `Base_flag`).
9303 ##### Enforcement
9305 * Flag duplicate enumerator values
9306 * Flag explicitly specified all-consecutive enumerator values
9309 # <a name="S-resource"></a>R: Resource management
9311 This section contains rules related to resources.
9312 A resource is anything that must be acquired and (explicitly or implicitly) released, such as memory, file handles, sockets, and locks.
9313 The reason it must be released is typically that it can be in short supply, so even delayed release might do harm.
9314 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.
9315 An entity that is responsible for releasing a resource is called an owner.
9317 There are a few cases where leaks can be acceptable or even optimal:
9318 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.
9319 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.
9320 Here, we ignore such cases.
9322 * Resource management rule summary:
9324   * [R.1: Manage resources automatically using resource handles and RAII (Resource Acquisition Is Initialization)](#Rr-raii)
9325   * [R.2: In interfaces, use raw pointers to denote individual objects (only)](#Rr-use-ptr)
9326   * [R.3: A raw pointer (a `T*`) is non-owning](#Rr-ptr)
9327   * [R.4: A raw reference (a `T&`) is non-owning](#Rr-ref)
9328   * [R.5: Prefer scoped objects, don't heap-allocate unnecessarily](#Rr-scoped)
9329   * [R.6: Avoid non-`const` global variables](#Rr-global)
9331 * Allocation and deallocation rule summary:
9333   * [R.10: Avoid `malloc()` and `free()`](#Rr-mallocfree)
9334   * [R.11: Avoid calling `new` and `delete` explicitly](#Rr-newdelete)
9335   * [R.12: Immediately give the result of an explicit resource allocation to a manager object](#Rr-immediate-alloc)
9336   * [R.13: Perform at most one explicit resource allocation in a single expression statement](#Rr-single-alloc)
9337   * [R.14: Avoid `[]` parameters, prefer `span`](#Rr-ap)
9338   * [R.15: Always overload matched allocation/deallocation pairs](#Rr-pair)
9340 * <a name="Rr-summary-smartptrs"></a>Smart pointer rule summary:
9342   * [R.20: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to represent ownership](#Rr-owner)
9343   * [R.21: Prefer `unique_ptr` over `shared_ptr` unless you need to share ownership](#Rr-unique)
9344   * [R.22: Use `make_shared()` to make `shared_ptr`s](#Rr-make_shared)
9345   * [R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s](#Rr-make_unique)
9346   * [R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s](#Rr-weak_ptr)
9347   * [R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics](#Rr-smartptrparam)
9348   * [R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`](#Rr-smart)
9349   * [R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`](#Rr-uniqueptrparam)
9350   * [R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the `widget`](#Rr-reseat)
9351   * [R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express shared ownership](#Rr-sharedptrparam-owner)
9352   * [R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer](#Rr-sharedptrparam)
9353   * [R.36: Take a `const shared_ptr<widget>&` parameter to express that it might retain a reference count to the object ???](#Rr-sharedptrparam-const)
9354   * [R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer](#Rr-smartptrget)
9356 ### <a name="Rr-raii"></a>R.1: Manage resources automatically using resource handles and RAII (Resource Acquisition Is Initialization)
9358 ##### Reason
9360 To avoid leaks and the complexity of manual resource management.
9361 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`.
9362 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.
9364 ##### Example, bad
9366 Consider:
9368     void send(X* x, string_view destination)
9369     {
9370         auto port = open_port(destination);
9371         my_mutex.lock();
9372         // ...
9373         send(port, x);
9374         // ...
9375         my_mutex.unlock();
9376         close_port(port);
9377         delete x;
9378     }
9380 In this code, you have to remember to `unlock`, `close_port`, and `delete` on all paths, and do each exactly once.
9381 Further, if any of the code marked `...` throws an exception, then `x` is leaked and `my_mutex` remains locked.
9383 ##### Example
9385 Consider:
9387     void send(unique_ptr<X> x, string_view destination)  // x owns the X
9388     {
9389         Port port{destination};            // port owns the PortHandle
9390         lock_guard<mutex> guard{my_mutex}; // guard owns the lock
9391         // ...
9392         send(port, x);
9393         // ...
9394     } // automatically unlocks my_mutex and deletes the pointer in x
9396 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.
9398 What is `Port`? A handy wrapper that encapsulates the resource:
9400     class Port {
9401         PortHandle port;
9402     public:
9403         Port(string_view destination) : port{open_port(destination)} { }
9404         ~Port() { close_port(port); }
9405         operator PortHandle() { return port; }
9407         // port handles can't usually be cloned, so disable copying and assignment if necessary
9408         Port(const Port&) = delete;
9409         Port& operator=(const Port&) = delete;
9410     };
9412 ##### Note
9414 Where a resource is "ill-behaved" in that it isn't represented as a class with a destructor, wrap it in a class or use [`finally`](#Re-finally)
9416 **See also**: [RAII](#Re-raii)
9418 ### <a name="Rr-use-ptr"></a>R.2: In interfaces, use raw pointers to denote individual objects (only)
9420 ##### Reason
9422 Arrays are best represented by a container type (e.g., `vector` (owning)) or a `span` (non-owning).
9423 Such containers and views hold sufficient information to do range checking.
9425 ##### Example, bad
9427     void f(int* p, int n)   // n is the number of elements in p[]
9428     {
9429         // ...
9430         p[2] = 7;   // bad: subscript raw pointer
9431         // ...
9432     }
9434 The compiler does not read comments, and without reading other code you do not know whether `p` really points to `n` elements.
9435 Use a `span` instead.
9437 ##### Example
9439     void g(int* p, int fmt)   // print *p using format #fmt
9440     {
9441         // ... uses *p and p[0] only ...
9442     }
9444 ##### Exception
9446 C-style strings are passed as single pointers to a zero-terminated sequence of characters.
9447 Use `zstring` rather than `char*` to indicate that you rely on that convention.
9449 ##### Note
9451 Many current uses of pointers to a single element could be references.
9452 However, where `nullptr` is a possible value, a reference might not be a reasonable alternative.
9454 ##### Enforcement
9456 * Flag pointer arithmetic (including `++`) on a pointer that is not part of a container, view, or iterator.
9457   This rule would generate a huge number of false positives if applied to an older code base.
9458 * Flag array names passed as simple pointers
9460 ### <a name="Rr-ptr"></a>R.3: A raw pointer (a `T*`) is non-owning
9462 ##### Reason
9464 There is nothing (in the C++ standard or in most code) to say otherwise and most raw pointers are non-owning.
9465 We want owning pointers identified so that we can reliably and efficiently delete the objects pointed to by owning pointers.
9467 ##### Example
9469     void f()
9470     {
9471         int* p1 = new int{7};           // bad: raw owning pointer
9472         auto p2 = make_unique<int>(7);  // OK: the int is owned by a unique pointer
9473         // ...
9474     }
9476 The `unique_ptr` protects against leaks by guaranteeing the deletion of its object (even in the presence of exceptions). The `T*` does not.
9478 ##### Example
9480     template<typename T>
9481     class X {
9482     public:
9483         T* p;   // bad: it is unclear whether p is owning or not
9484         T* q;   // bad: it is unclear whether q is owning or not
9485         // ...
9486     };
9488 We can fix that problem by making ownership explicit:
9490     template<typename T>
9491     class X2 {
9492     public:
9493         owner<T*> p;  // OK: p is owning
9494         T* q;         // OK: q is not owning
9495         // ...
9496     };
9498 ##### Exception
9500 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.
9501 The fact that there are billions of lines of code that violate this rule against owning `T*`s cannot be ignored.
9502 We'd love to see program transformation tools turning 20-year-old "legacy" code into shiny modern code,
9503 we encourage the development, deployment and use of such tools,
9504 we hope the guidelines will help the development of such tools,
9505 and we even contributed (and contribute) to the research and development in this area.
9506 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.
9508 This code cannot all be rewritten (even assuming good code transformation software), especially not soon.
9509 This problem cannot be solved (at scale) by transforming all owning pointers to `unique_ptr`s and `shared_ptr`s,
9510 partly because we need/use owning "raw pointers" as well as simple pointers in the implementation of our fundamental resource handles.
9511 For example, common `vector` implementations have one owning pointer and two non-owning pointers.
9512 Many ABIs (and essentially all interfaces to C code) use `T*`s, some of them owning.
9513 Some interfaces cannot be simply annotated with `owner` because they need to remain compilable as C
9514 (although this would be a rare good use for a macro, that expands to `owner` in C++ mode only).
9516 ##### Note
9518 `owner<T*>` has no default semantics beyond `T*`. It can be used without changing any code using it and without affecting ABIs.
9519 It is simply an indicator to programmers and analysis tools.
9520 For example, if an `owner<T*>` is a member of a class, that class better have a destructor that `delete`s it.
9522 ##### Example, bad
9524 Returning a (raw) pointer imposes a lifetime management uncertainty on the caller; that is, who deletes the pointed-to object?
9526     Gadget* make_gadget(int n)
9527     {
9528         auto p = new Gadget{n};
9529         // ...
9530         return p;
9531     }
9533     void caller(int n)
9534     {
9535         auto p = make_gadget(n);   // remember to delete p
9536         // ...
9537         delete p;
9538     }
9540 In addition to suffering from the problem of [leak](#Rp-leak), this adds a spurious allocation and deallocation operation, and is needlessly verbose. If Gadget is cheap to move out of a function (i.e., is small or has an efficient move operation), just return it "by value" (see ["out" return values](#Rf-out)):
9542     Gadget make_gadget(int n)
9543     {
9544         Gadget g{n};
9545         // ...
9546         return g;
9547     }
9549 ##### Note
9551 This rule applies to factory functions.
9553 ##### Note
9555 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."
9557 ##### Enforcement
9559 * (Simple) Warn on `delete` of a raw pointer that is not an `owner<T>`.
9560 * (Moderate) Warn on failure to either `reset` or explicitly `delete` an `owner<T>` pointer on every code path.
9561 * (Simple) Warn if the return value of `new` is assigned to a raw pointer.
9562 * (Simple) Warn if a function returns an object that was allocated within the function but has a move constructor.
9563   Suggest considering returning it by value instead.
9565 ### <a name="Rr-ref"></a>R.4: A raw reference (a `T&`) is non-owning
9567 ##### Reason
9569 There is nothing (in the C++ standard or in most code) to say otherwise and most raw references are non-owning.
9570 We want owners identified so that we can reliably and efficiently delete the objects pointed to by owning pointers.
9572 ##### Example
9574     void f()
9575     {
9576         int& r = *new int{7};  // bad: raw owning reference
9577         // ...
9578         delete &r;             // bad: violated the rule against deleting raw pointers
9579     }
9581 **See also**: [The raw pointer rule](#Rr-ptr)
9583 ##### Enforcement
9585 See [the raw pointer rule](#Rr-ptr)
9587 ### <a name="Rr-scoped"></a>R.5: Prefer scoped objects, don't heap-allocate unnecessarily
9589 ##### Reason
9591 A scoped object is a local object, a global object, or a member.
9592 This implies that there is no separate allocation and deallocation cost in excess of that already used for the containing scope or object.
9593 The members of a scoped object are themselves scoped and the scoped object's constructor and destructor manage the members' lifetimes.
9595 ##### Example
9597 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:
9599     void f(int n)
9600     {
9601         auto p = new Gadget{n};
9602         // ...
9603         delete p;
9604     }
9606 Instead, use a local variable:
9608     void f(int n)
9609     {
9610         Gadget g{n};
9611         // ...
9612     }
9614 ##### Enforcement
9616 * (Moderate) Warn if an object is allocated and then deallocated on all paths within a function. Suggest it should be a local stack object instead.
9617 * (Simple) Warn if a local `Unique_pointer` or `Shared_pointer` that is not moved, copied, reassigned or `reset` before its lifetime ends is not declared `const`.
9618 Exception: Do not produce such a warning on a local `Unique_pointer` to an unbounded array. (See below.)
9620 ##### Exception
9622 It is OK to create a local `const unique_ptr<T[]>` to a heap-allocated buffer, as this is a valid way to represent a scoped dynamic array.
9624 ##### Example
9626 A valid use case for a local `const unique_ptr<T[]>` variable:
9628     int get_median_value(const std::list<int>& integers)
9629     {
9630       const auto size = integers.size();
9632       // OK: declaring a local unique_ptr<T[]>.
9633       const auto local_buffer = std::make_unique_for_overwrite<int[]>(size);
9635       std::copy_n(begin(integers), size, local_buffer.get());
9636       std::nth_element(local_buffer.get(), local_buffer.get() + size/2, local_buffer.get() + size);
9638       return local_buffer[size/2];
9639     }
9641 ### <a name="Rr-global"></a>R.6: Avoid non-`const` global variables
9643 See [I.2](#Ri-global)
9645 ## <a name="SS-alloc"></a>R.alloc: Allocation and deallocation
9647 ### <a name="Rr-mallocfree"></a>R.10: Avoid `malloc()` and `free()`
9649 ##### Reason
9651  `malloc()` and `free()` do not support construction and destruction, and do not mix well with `new` and `delete`.
9653 ##### Example
9655     class Record {
9656         int id;
9657         string name;
9658         // ...
9659     };
9661     void use()
9662     {
9663         // p1 might be nullptr
9664         // *p1 is not initialized; in particular,
9665         // that string isn't a string, but a string-sized bag of bits
9666         Record* p1 = static_cast<Record*>(malloc(sizeof(Record)));
9668         auto p2 = new Record;
9670         // unless an exception is thrown, *p2 is default initialized
9671         auto p3 = new(nothrow) Record;
9672         // p3 might be nullptr; if not, *p3 is default initialized
9674         // ...
9676         delete p1;    // error: cannot delete object allocated by malloc()
9677         free(p2);    // error: cannot free() object allocated by new
9678     }
9680 In some implementations that `delete` and that `free()` might work, or maybe they will cause run-time errors.
9682 ##### Exception
9684 There are applications and sections of code where exceptions are not acceptable.
9685 Some of the best such examples are in life-critical hard-real-time code.
9686 Beware that many bans on exception use are based on superstition (bad)
9687 or by concerns for older code bases with unsystematic resource management (unfortunately, but sometimes necessary).
9688 In such cases, consider the `nothrow` versions of `new`.
9690 ##### Enforcement
9692 Flag explicit use of `malloc` and `free`.
9694 ### <a name="Rr-newdelete"></a>R.11: Avoid calling `new` and `delete` explicitly
9696 ##### Reason
9698 The pointer returned by `new` should belong to a resource handle (that can call `delete`).
9699 If the pointer returned by `new` is assigned to a plain/naked pointer, the object can be leaked.
9701 ##### Note
9703 In a large program, a naked `delete` (that is a `delete` in application code, rather than part of code devoted to resource management)
9704 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?
9705 The bug might be latent: it might emerge only during maintenance.
9706 If you have a naked `new`, you probably need a naked `delete` somewhere, so you probably have a bug.
9708 ##### Enforcement
9710 (Simple) Warn on any explicit use of `new` and `delete`. Suggest using `make_unique` instead.
9712 ### <a name="Rr-immediate-alloc"></a>R.12: Immediately give the result of an explicit resource allocation to a manager object
9714 ##### Reason
9716 If you don't, an exception or a return might lead to a leak.
9718 ##### Example, bad
9720     void func(const string& name)
9721     {
9722         FILE* f = fopen(name, "r");            // open the file
9723         vector<char> buf(1024);
9724         auto _ = finally([f] { fclose(f); });  // remember to close the file
9725         // ...
9726     }
9728 The allocation of `buf` might fail and leak the file handle.
9730 ##### Example
9732     void func(const string& name)
9733     {
9734         ifstream f{name};   // open the file
9735         vector<char> buf(1024);
9736         // ...
9737     }
9739 The use of the file handle (in `ifstream`) is simple, efficient, and safe.
9741 ##### Enforcement
9743 * Flag explicit allocations used to initialize pointers (problem: how many direct resource allocations can we recognize?)
9745 ### <a name="Rr-single-alloc"></a>R.13: Perform at most one explicit resource allocation in a single expression statement
9747 ##### Reason
9749 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.
9751 ##### Example
9753     void fun(shared_ptr<Widget> sp1, shared_ptr<Widget> sp2);
9755 This `fun` can be called like this:
9757     // BAD: potential leak
9758     fun(shared_ptr<Widget>(new Widget(a, b)), shared_ptr<Widget>(new Widget(c, d)));
9760 This is exception-unsafe because the compiler might reorder the two expressions building the function's two arguments.
9761 In particular, the compiler can interleave execution of the two expressions:
9762 Memory allocation (by calling `operator new`) could be done first for both objects, followed by attempts to call the two `Widget` constructors.
9763 If one of the constructor calls throws an exception, then the other object's memory will never be released!
9765 This subtle problem has a simple solution: Never perform more than one explicit resource allocation in a single expression statement.
9766 For example:
9768     shared_ptr<Widget> sp1(new Widget(a, b)); // Better, but messy
9769     fun(sp1, new Widget(c, d));
9771 The best solution is to avoid explicit allocation entirely use factory functions that return owning objects:
9773     fun(make_shared<Widget>(a, b), make_shared<Widget>(c, d)); // Best
9775 Write your own factory wrapper if there is not one already.
9777 ##### Enforcement
9779 * Flag expressions with multiple explicit resource allocations (problem: how many direct resource allocations can we recognize?)
9781 ### <a name="Rr-ap"></a>R.14: Avoid `[]` parameters, prefer `span`
9783 ##### Reason
9785 An array decays to a pointer, thereby losing its size, opening the opportunity for range errors.
9786 Use `span` to preserve size information.
9788 ##### Example
9790     void f(int[]);          // not recommended
9792     void f(int*);           // not recommended for multiple objects
9793                             // (a pointer should point to a single object, do not subscript)
9795     void f(gsl::span<int>); // good, recommended
9797 ##### Enforcement
9799 Flag `[]` parameters. Use `span` instead.
9801 ### <a name="Rr-pair"></a>R.15: Always overload matched allocation/deallocation pairs
9803 ##### Reason
9805 Otherwise you get mismatched operations and chaos.
9807 ##### Example
9809     class X {
9810         // ...
9811         void* operator new(size_t s);
9812         void operator delete(void*);
9813         // ...
9814     };
9816 ##### Note
9818 If you want memory that cannot be deallocated, `=delete` the deallocation operation.
9819 Don't leave it undeclared.
9821 ##### Enforcement
9823 Flag incomplete pairs.
9825 ## <a name="SS-smart"></a>R.smart: Smart pointers
9827 ### <a name="Rr-owner"></a>R.20: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to represent ownership
9829 ##### Reason
9831 They can prevent resource leaks.
9833 ##### Example
9835 Consider:
9837     void f()
9838     {
9839         X* p1 { new X };              // bad, p1 will leak
9840         auto p2 = make_unique<X>();   // good, unique ownership
9841         auto p3 = make_shared<X>();   // good, shared ownership
9842     }
9844 This will leak the object used to initialize `p1` (only).
9846 ##### Enforcement
9848 * (Simple) Warn if the return value of `new` is assigned to a raw pointer.
9849 * (Simple) Warn if the result of a function returning a raw owning pointer is assigned to a raw pointer.
9851 ### <a name="Rr-unique"></a>R.21: Prefer `unique_ptr` over `shared_ptr` unless you need to share ownership
9853 ##### Reason
9855 A `unique_ptr` is conceptually simpler and more predictable (you know when destruction happens) and faster (you don't implicitly maintain a use count).
9857 ##### Example, bad
9859 This needlessly adds and maintains a reference count.
9861     void f()
9862     {
9863         shared_ptr<Base> base = make_shared<Derived>();
9864         // use base locally, without copying it -- refcount never exceeds 1
9865     } // destroy base
9867 ##### Example
9869 This is more efficient:
9871     void f()
9872     {
9873         unique_ptr<Base> base = make_unique<Derived>();
9874         // use base locally
9875     } // destroy base
9877 ##### Enforcement
9879 (Simple) Warn if a function uses a `Shared_pointer` with an object allocated within the function, but never returns the `Shared_pointer` or passes it to a function requiring a `Shared_pointer&`. Suggest using `unique_ptr` instead.
9881 ### <a name="Rr-make_shared"></a>R.22: Use `make_shared()` to make `shared_ptr`s
9883 ##### Reason
9885 `make_shared` gives a more concise statement of the construction.
9886 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.
9887 It also ensures exception safety in complex expressions (in pre-C++17 code).
9889 ##### Example
9891 Consider:
9893     shared_ptr<X> p1 { new X{2} }; // bad
9894     auto p = make_shared<X>(2);    // good
9896 The `make_shared()` version mentions `X` only once, so it is usually shorter (as well as faster) than the version with the explicit `new`.
9898 ##### Enforcement
9900 (Simple) Warn if a `shared_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_shared`.
9902 ### <a name="Rr-make_unique"></a>R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s
9904 ##### Reason
9906 `make_unique` gives a more concise statement of the construction.
9907 It also ensures exception safety in complex expressions (in pre-C++17 code).
9909 ##### Example
9911     unique_ptr<Foo> p {new Foo{7}};    // OK: but repetitive
9913     auto q = make_unique<Foo>(7);      // Better: no repetition of Foo
9915 ##### Enforcement
9917 (Simple) Warn if a `unique_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_unique`.
9919 ### <a name="Rr-weak_ptr"></a>R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s
9921 ##### Reason
9923  `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
9924 be able to destroy a cyclic structure.
9926 ##### Example
9928     #include <memory>
9930     class bar;
9932     class foo {
9933     public:
9934       explicit foo(const std::shared_ptr<bar>& forward_reference)
9935         : forward_reference_(forward_reference)
9936       { }
9937     private:
9938       std::shared_ptr<bar> forward_reference_;
9939     };
9941     class bar {
9942     public:
9943       explicit bar(const std::weak_ptr<foo>& back_reference)
9944         : back_reference_(back_reference)
9945       { }
9946       void do_something()
9947       {
9948         if (auto shared_back_reference = back_reference_.lock()) {
9949           // Use *shared_back_reference
9950         }
9951       }
9952     private:
9953       std::weak_ptr<foo> back_reference_;
9954     };
9956 ##### Note
9958  ??? (HS: A lot of people say "to break cycles", while I think "temporary shared ownership" is more to the point.)
9959 ???(BS: breaking cycles is what you must do; temporarily sharing ownership is how you do it.
9960 You could "temporarily share ownership" simply by using another `shared_ptr`.)
9962 ##### Enforcement
9964 ??? probably impossible. If we could statically detect cycles, we wouldn't need `weak_ptr`
9966 ### <a name="Rr-smartptrparam"></a>R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics
9968 See [F.7](#Rf-smart).
9970 ### <a name="Rr-smart"></a>R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`
9972 ##### Reason
9974 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.
9975 You want the rules to work on all the smart pointers you use.
9977 Any type (including primary template or specialization) that overloads unary `*` and `->` is considered a smart pointer:
9979 * If it is copyable, it is recognized as a reference-counted `shared_ptr`.
9980 * If it is not copyable, it is recognized as a unique `unique_ptr`.
9982 ##### Example, bad
9984     // use Boost's intrusive_ptr
9985     #include <boost/intrusive_ptr.hpp>
9986     void f(boost::intrusive_ptr<widget> p)  // error under rule 'sharedptrparam'
9987     {
9988         p->foo();
9989     }
9991     // use Microsoft's CComPtr
9992     #include <atlbase.h>
9993     void f(CComPtr<widget> p)               // error under rule 'sharedptrparam'
9994     {
9995         p->foo();
9996     }
9998 Both cases are an error under the [`sharedptrparam` guideline](#Rr-smartptrparam):
9999 `p` is a `Shared_pointer`, but nothing about its sharedness is used here and passing it by value is a silent pessimization;
10000 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&`.
10001 These smart pointers match the `Shared_pointer` concept, so these guideline enforcement rules work on them out of the box and expose this common pessimization.
10003 ### <a name="Rr-uniqueptrparam"></a>R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`
10005 ##### Reason
10007 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's ownership transfer.
10009 ##### Example
10011     void sink(unique_ptr<widget>); // takes ownership of the widget
10013     void uses(widget*);            // just uses the widget
10015 ##### Example, bad
10017     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
10019 ##### Enforcement
10021 * (Simple) Warn if a function takes a `Unique_pointer<T>` parameter by lvalue reference and does not either assign to it or call `reset()` on it on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
10022 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Unique_pointer<T>` parameter by reference to `const`. Suggest taking a `const T*` or `const T&` instead.
10024 ### <a name="Rr-reseat"></a>R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the `widget`
10026 ##### Reason
10028 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's reseating semantics.
10030 ##### Note
10032 "reseat" means "making a pointer or a smart pointer refer to a different object."
10034 ##### Example
10036     void reseat(unique_ptr<widget>&); // "will" or "might" reseat pointer
10038 ##### Example, bad
10040     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
10042 ##### Enforcement
10044 * (Simple) Warn if a function takes a `Unique_pointer<T>` parameter by lvalue reference and does not either assign to it or call `reset()` on it on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
10045 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Unique_pointer<T>` parameter by reference to `const`. Suggest taking a `const T*` or `const T&` instead.
10047 ### <a name="Rr-sharedptrparam-owner"></a>R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express shared ownership
10049 ##### Reason
10051 This makes the function's ownership sharing explicit.
10053 ##### Example, good
10055     class WidgetUser
10056     {
10057     public:
10058         // WidgetUser will share ownership of the widget
10059         explicit WidgetUser(std::shared_ptr<widget> w) noexcept:
10060             m_widget{std::move(w)} {}
10061         // ...
10062     private:
10063         std::shared_ptr<widget> m_widget;
10064     };
10066 ##### Enforcement
10068 * (Simple) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` parameter by lvalue reference and does not either assign to it or call `reset()` on it on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
10069 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by value or by reference to `const` and does not copy or move it to another `Shared_pointer` on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
10070 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
10072 ### <a name="Rr-sharedptrparam"></a>R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer
10074 ##### Reason
10076 This makes the function's reseating explicit.
10078 ##### Note
10080 "reseat" means "making a reference or a smart pointer refer to a different object."
10082 ##### Example, good
10084     void ChangeWidget(std::shared_ptr<widget>& w)
10085     {
10086         // This will change the callers widget
10087         w = std::make_shared<widget>(widget{});
10088     }
10090 ##### Enforcement
10092 * (Simple) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` parameter by lvalue reference and does not either assign to it or call `reset()` on it on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
10093 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by value or by reference to `const` and does not copy or move it to another `Shared_pointer` on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
10094 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
10096 ### <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 ???
10098 ##### Reason
10100 This makes the function's ??? explicit.
10102 ##### Example, good
10104     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
10106     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
10108     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
10110 ##### Enforcement
10112 * (Simple) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` parameter by lvalue reference and does not either assign to it or call `reset()` on it on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
10113 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by value or by reference to `const` and does not copy or move it to another `Shared_pointer` on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
10114 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
10116 ### <a name="Rr-smartptrget"></a>R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer
10118 ##### Reason
10120 Violating this rule is the number one cause of losing reference counts and finding yourself with a dangling pointer.
10121 Functions should prefer to pass raw pointers and references down call chains.
10122 At the top of the call tree where you obtain the raw pointer or reference from a smart pointer that keeps the object alive.
10123 You need to be sure that the smart pointer cannot inadvertently be reset or reassigned from within the call tree below.
10125 ##### Note
10127 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.
10129 ##### Example
10131 Consider this code:
10133     // global (static or heap), or aliased local ...
10134     shared_ptr<widget> g_p = ...;
10136     void f(widget& w)
10137     {
10138         g();
10139         use(w);  // A
10140     }
10142     void g()
10143     {
10144         g_p = ...; // oops, if this was the last shared_ptr to that widget, destroys the widget
10145     }
10147 The following should not pass code review:
10149     void my_code()
10150     {
10151         // BAD: passing pointer or reference obtained from a non-local smart pointer
10152         //      that could be inadvertently reset somewhere inside f or its callees
10153         f(*g_p);
10155         // BAD: same reason, just passing it as a "this" pointer
10156         g_p->func();
10157     }
10159 The fix is simple -- take a local copy of the pointer to "keep a ref count" for your call tree:
10161     void my_code()
10162     {
10163         // cheap: 1 increment covers this entire function and all the call trees below us
10164         auto pin = g_p;
10166         // GOOD: passing pointer or reference obtained from a local unaliased smart pointer
10167         f(*pin);
10169         // GOOD: same reason
10170         pin->func();
10171     }
10173 ##### Enforcement
10175 * (Simple) Warn if a pointer or reference obtained from a smart pointer variable (`Unique_pointer` or `Shared_pointer`) that is non-local, or that is local but potentially aliased, is used in a function call. If the smart pointer is a `Shared_pointer` then suggest taking a local copy of the smart pointer and obtain a pointer or reference from that instead.
10177 # <a name="S-expr"></a>ES: Expressions and statements
10179 Expressions and statements are the lowest and most direct way of expressing actions and computation. Declarations in local scopes are statements.
10181 For naming, commenting, and indentation rules, see [NL: Naming and layout](#S-naming).
10183 General rules:
10185 * [ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"](#Res-lib)
10186 * [ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features](#Res-abstr)
10187 * [ES.3: Don't repeat yourself, avoid redundant code](#Res-DRY)
10189 Declaration rules:
10191 * [ES.5: Keep scopes small](#Res-scope)
10192 * [ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope](#Res-cond)
10193 * [ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and non-local names longer](#Res-name-length)
10194 * [ES.8: Avoid similar-looking names](#Res-name-similar)
10195 * [ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names](#Res-not-CAPS)
10196 * [ES.10: Declare one name (only) per declaration](#Res-name-one)
10197 * [ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names](#Res-auto)
10198 * [ES.12: Do not reuse names in nested scopes](#Res-reuse)
10199 * [ES.20: Always initialize an object](#Res-always)
10200 * [ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it](#Res-introduce)
10201 * [ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with](#Res-init)
10202 * [ES.23: Prefer the `{}`-initializer syntax](#Res-list)
10203 * [ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers](#Res-unique)
10204 * [ES.25: Declare an object `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on](#Res-const)
10205 * [ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
10206 * [ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack](#Res-stack)
10207 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
10208 * [ES.30: Don't use macros for program text manipulation](#Res-macros)
10209 * [ES.31: Don't use macros for constants or "functions"](#Res-macros2)
10210 * [ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names](#Res-ALL_CAPS)
10211 * [ES.33: If you must use macros, give them unique names](#Res-MACROS)
10212 * [ES.34: Don't define a (C-style) variadic function](#Res-ellipses)
10214 Expression rules:
10216 * [ES.40: Avoid complicated expressions](#Res-complicated)
10217 * [ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize](#Res-parens)
10218 * [ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward](#Res-ptr)
10219 * [ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation](#Res-order)
10220 * [ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments](#Res-order-fct)
10221 * [ES.45: Avoid "magic constants"; use symbolic constants](#Res-magic)
10222 * [ES.46: Avoid narrowing conversions](#Res-narrowing)
10223 * [ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`](#Res-nullptr)
10224 * [ES.48: Avoid casts](#Res-casts)
10225 * [ES.49: If you must use a cast, use a named cast](#Res-casts-named)
10226 * [ES.50: Don't cast away `const`](#Res-casts-const)
10227 * [ES.55: Avoid the need for range checking](#Res-range-checking)
10228 * [ES.56: Write `std::move()` only when you need to explicitly move an object to another scope](#Res-move)
10229 * [ES.60: Avoid `new` and `delete` outside resource management functions](#Res-new)
10230 * [ES.61: Delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`](#Res-del)
10231 * [ES.62: Don't compare pointers into different arrays](#Res-arr2)
10232 * [ES.63: Don't slice](#Res-slice)
10233 * [ES.64: Use the `T{e}`notation for construction](#Res-construct)
10234 * [ES.65: Don't dereference an invalid pointer](#Res-deref)
10236 Statement rules:
10238 * [ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice](#Res-switch-if)
10239 * [ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice](#Res-for-range)
10240 * [ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable](#Res-for-while)
10241 * [ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable](#Res-while-for)
10242 * [ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of a `for`-statement](#Res-for-init)
10243 * [ES.75: Avoid `do`-statements](#Res-do)
10244 * [ES.76: Avoid `goto`](#Res-goto)
10245 * [ES.77: Minimize the use of `break` and `continue` in loops](#Res-continue)
10246 * [ES.78: Don't rely on implicit fallthrough in `switch` statements](#Res-break)
10247 * [ES.79: Use `default` to handle common cases (only)](#Res-default)
10248 * [ES.84: Don't try to declare a local variable with no name](#Res-noname)
10249 * [ES.85: Make empty statements visible](#Res-empty)
10250 * [ES.86: Avoid modifying loop control variables inside the body of raw for-loops](#Res-loop-counter)
10251 * [ES.87: Don't add redundant `==` or `!=` to conditions](#Res-if)
10253 Arithmetic rules:
10255 * [ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic](#Res-mix)
10256 * [ES.101: Use unsigned types for bit manipulation](#Res-unsigned)
10257 * [ES.102: Use signed types for arithmetic](#Res-signed)
10258 * [ES.103: Don't overflow](#Res-overflow)
10259 * [ES.104: Don't underflow](#Res-underflow)
10260 * [ES.105: Don't divide by integer zero](#Res-zero)
10261 * [ES.106: Don't try to avoid negative values by using `unsigned`](#Res-nonnegative)
10262 * [ES.107: Don't use `unsigned` for subscripts, prefer `gsl::index`](#Res-subscripts)
10264 ### <a name="Res-lib"></a>ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"
10266 ##### Reason
10268 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.
10269 The ISO C++ Standard Library is among the most widely known and best tested libraries.
10270 It is available as part of all C++ implementations.
10272 ##### Example
10274     auto sum = accumulate(begin(a), end(a), 0.0);   // good
10276 a range version of `accumulate` would be even better:
10278     auto sum = accumulate(v, 0.0); // better
10280 but don't hand-code a well-known algorithm:
10282     int max = v.size();   // bad: verbose, purpose unstated
10283     double sum = 0.0;
10284     for (int i = 0; i < max; ++i)
10285         sum = sum + v[i];
10287 ##### Exception
10289 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.
10291 ##### Enforcement
10293 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of built-in types. Cyclomatic complexity?
10295 ### <a name="Res-abstr"></a>ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features
10297 ##### Reason
10299 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.
10301 ##### Example
10303     vector<string> read1(istream& is)   // good
10304     {
10305         vector<string> res;
10306         for (string s; is >> s;)
10307             res.push_back(s);
10308         return res;
10309     }
10311 The more traditional and lower-level near-equivalent is longer, messier, harder to get right, and most likely slower:
10313     char** read2(istream& is, int maxelem, int maxstring, int* nread)   // bad: verbose and incomplete
10314     {
10315         auto res = new char*[maxelem];
10316         int elemcount = 0;
10317         while (is && elemcount < maxelem) {
10318             auto s = new char[maxstring];
10319             is.read(s, maxstring);
10320             res[elemcount++] = s;
10321         }
10322         *nread = elemcount;
10323         return res;
10324     }
10326 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.
10328 ##### Enforcement
10330 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of built-in types. Cyclomatic complexity?
10332 ### <a name="Res-DRY"></a>ES.3: Don't repeat yourself, avoid redundant code
10334 Duplicated or otherwise redundant code obscures intent, makes it harder to understand the logic, and makes maintenance harder, among other problems. It often arises from cut-and-paste programming.
10336 Use standard algorithms where appropriate, instead of writing some own implementation.
10338 **See also**: [SL.1](#Rsl-lib), [ES.11](#Res-auto)
10340 ##### Example
10342     void func(bool flag)    // Bad, duplicated code.
10343     {
10344         if (flag) {
10345             x();
10346             y();
10347         }
10348         else {
10349             x();
10350             z();
10351         }
10352     }
10354     void func(bool flag)    // Better, no duplicated code.
10355     {
10356         x();
10358         if (flag)
10359             y();
10360         else
10361             z();
10362     }
10365 ##### Enforcement
10367 * Use a static analyzer. It will catch at least some redundant constructs.
10368 * Code review
10370 ## ES.dcl: Declarations
10372 A declaration is a statement. A declaration introduces a name into a scope and might cause the construction of a named object.
10374 ### <a name="Res-scope"></a>ES.5: Keep scopes small
10376 ##### Reason
10378 Readability. Minimize resource retention. Avoid accidental misuse of value.
10380 **Alternative formulation**: Don't declare a name in an unnecessarily large scope.
10382 ##### Example
10384     void use()
10385     {
10386         int i;    // bad: i is needlessly accessible after loop
10387         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
10388         // no intended use of i here
10389         for (int i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }  // good: i is local to for-loop
10391         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {  // good: pc is local to if-statement
10392             // ... deal with Circle ...
10393         }
10394         else {
10395             // ... handle error ...
10396         }
10397     }
10399 ##### Example, bad
10401     void use(const string& name)
10402     {
10403         string fn = name + ".txt";
10404         ifstream is {fn};
10405         Record r;
10406         is >> r;
10407         // ... 200 lines of code without intended use of fn or is ...
10408     }
10410 This function is by most measures too long anyway, but the point is that the resources used by `fn` and the file handle held by `is`
10411 are retained for much longer than needed and that unanticipated use of `is` and `fn` could happen later in the function.
10412 In this case, it might be a good idea to factor out the read:
10414     Record load_record(const string& name)
10415     {
10416         string fn = name + ".txt";
10417         ifstream is {fn};
10418         Record r;
10419         is >> r;
10420         return r;
10421     }
10423     void use(const string& name)
10424     {
10425         Record r = load_record(name);
10426         // ... 200 lines of code ...
10427     }
10429 ##### Enforcement
10431 * Flag loop variable declared outside a loop and not used after the loop
10432 * Flag when expensive resources, such as file handles and locks are not used for N-lines (for some suitable N)
10434 ### <a name="Res-cond"></a>ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope
10436 ##### Reason
10438 Readability.
10439 Limit the loop variable visibility to the scope of the loop.
10440 Avoid using the loop variable for other purposes after the loop.
10441 Minimize resource retention.
10443 ##### Example
10445     void use()
10446     {
10447         for (string s; cin >> s;)
10448             v.push_back(s);
10450         for (int i = 0; i < 20; ++i) {   // good: i is local to for-loop
10451             // ...
10452         }
10454         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {   // good: pc is local to if-statement
10455             // ... deal with Circle ...
10456         }
10457         else {
10458             // ... handle error ...
10459         }
10460     }
10462 ##### Example, don't
10464     int j;                            // BAD: j is visible outside the loop
10465     for (j = 0; j < 100; ++j) {
10466         // ...
10467     }
10468     // j is still visible here and isn't needed
10470 **See also**: [Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
10472 ##### Enforcement
10474 * Warn when a variable modified inside the `for`-statement is declared outside the loop and not being used outside the loop.
10475 * (hard) Flag loop variables declared before the loop and used after the loop for an unrelated purpose.
10477 **Discussion**: Scoping the loop variable to the loop body also helps code optimizers greatly. Recognizing that the induction variable
10478 is only accessible in the loop body unblocks optimizations such as hoisting, strength reduction, loop-invariant code motion, etc.
10480 ##### C++17 and C++20 example
10482 Note: C++17 and C++20 also add `if`, `switch`, and range-`for` initializer statements. These require C++17 and C++20 support.
10484     map<int, string> mymap;
10486     if (auto result = mymap.insert(value); result.second) {
10487         // insert succeeded, and result is valid for this block
10488         use(result.first);  // ok
10489         // ...
10490     } // result is destroyed here
10492 ##### C++17 and C++20 enforcement (if using a C++17 or C++20 compiler)
10494 * Flag selection/loop variables declared before the body and not used after the body
10495 * (hard) Flag selection/loop variables declared before the body and used after the body for an unrelated purpose.
10497 ### <a name="Res-name-length"></a>ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and non-local names longer
10499 ##### Reason
10501 Readability. Lowering the chance of clashes between unrelated non-local names.
10503 ##### Example
10505 Conventional short, local names increase readability:
10507     template<typename T>    // good
10508     void print(ostream& os, const vector<T>& v)
10509     {
10510         for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i)
10511             os << v[i] << '\n';
10512     }
10514 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
10516     template<typename Element_type>   // bad: verbose, hard to read
10517     void print(ostream& target_stream, const vector<Element_type>& current_vector)
10518     {
10519         for (gsl::index current_element_index = 0;
10520              current_element_index < current_vector.size();
10521              ++current_element_index
10522         )
10523         target_stream << current_vector[current_element_index] << '\n';
10524     }
10526 Yes, it is a caricature, but we have seen worse.
10528 ##### Example
10530 Unconventional and short non-local names obscure code:
10532     void use1(const string& s)
10533     {
10534         // ...
10535         tt(s);   // bad: what is tt()?
10536         // ...
10537     }
10539 Better, give non-local entities readable names:
10541     void use1(const string& s)
10542     {
10543         // ...
10544         trim_tail(s);   // better
10545         // ...
10546     }
10548 Here, there is a chance that the reader knows what `trim_tail` means and that the reader can remember it after looking it up.
10550 ##### Example, bad
10552 Argument names of large functions are de facto non-local and should be meaningful:
10554     void complicated_algorithm(vector<Record>& vr, const vector<int>& vi, map<string, int>& out)
10555     // read from events in vr (marking used Records) for the indices in
10556     // vi placing (name, index) pairs into out
10557     {
10558         // ... 500 lines of code using vr, vi, and out ...
10559     }
10561 We recommend keeping functions short, but that rule isn't universally adhered to and naming should reflect that.
10563 ##### Enforcement
10565 Check length of local and non-local names. Also take function length into account.
10567 ### <a name="Res-name-similar"></a>ES.8: Avoid similar-looking names
10569 ##### Reason
10571 Code clarity and readability. Too-similar names slow down comprehension and increase the likelihood of error.
10573 ##### Example, bad
10575     if (readable(i1 + l1 + ol + o1 + o0 + ol + o1 + I0 + l0)) surprise();
10577 ##### Example, bad
10579 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.
10581     struct foo { int n; };
10582     struct foo foo();       // BAD, foo is a type already in scope
10583     struct foo x = foo();   // requires disambiguation
10585 ##### Exception
10587 Antique header files might declare non-types and types with the same name in the same scope.
10589 ##### Enforcement
10591 * Check names against a list of known confusing letter and digit combinations.
10592 * Flag a declaration of a variable, function, or enumerator that hides a class or enumeration declared in the same scope.
10594 ### <a name="Res-not-CAPS"></a>ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names
10596 ##### Reason
10598 Such names are commonly used for macros. Thus, `ALL_CAPS` name are vulnerable to unintended macro substitution.
10600 ##### Example
10602     // somewhere in some header:
10603     #define NE !=
10605     // somewhere else in some other header:
10606     enum Coord { N, NE, NW, S, SE, SW, E, W };
10608     // somewhere third in some poor programmer's .cpp:
10609     switch (direction) {
10610     case N:
10611         // ...
10612     case NE:
10613         // ...
10614     // ...
10615     }
10617 ##### Note
10619 Do not use `ALL_CAPS` for constants just because constants used to be macros.
10621 ##### Enforcement
10623 Flag all uses of ALL CAPS. For older code, accept ALL CAPS for macro names and flag all non-ALL-CAPS macro names.
10625 ### <a name="Res-name-one"></a>ES.10: Declare one name (only) per declaration
10627 ##### Reason
10629 One declaration per line increases readability and avoids mistakes related to
10630 the C/C++ grammar. It also leaves room for a more descriptive end-of-line
10631 comment.
10633 ##### Example, bad
10635     char *p, c, a[7], *pp[7], **aa[10];   // yuck!
10637 ##### Exception
10639 A function declaration can contain several function argument declarations.
10641 ##### Exception
10643 A structured binding (C++17) is specifically designed to introduce several variables:
10645     auto [iter, inserted] = m.insert_or_assign(k, val);
10646     if (inserted) { /* new entry was inserted */ }
10648 ##### Example
10650     template<class InputIterator, class Predicate>
10651     bool any_of(InputIterator first, InputIterator last, Predicate pred);
10653 or better using concepts:
10655     bool any_of(input_iterator auto first, input_iterator auto last, predicate auto pred);
10657 ##### Example
10659     double scalbn(double x, int n);   // OK: x * pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
10663     double scalbn(    // better: x * pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
10664         double x,     // base value
10665         int n         // exponent
10666     );
10670     // better: base * pow(FLT_RADIX, exponent); FLT_RADIX is usually 2
10671     double scalbn(double base, int exponent);
10673 ##### Example
10675     int a = 10, b = 11, c = 12, d, e = 14, f = 15;
10677 In a long list of declarators it is easy to overlook an uninitialized variable.
10679 ##### Enforcement
10681 Flag variable and constant declarations with multiple declarators (e.g., `int* p, q;`)
10683 ### <a name="Res-auto"></a>ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names
10685 ##### Reason
10687 * Simple repetition is tedious and error-prone.
10688 * When you use `auto`, the name of the declared entity is in a fixed position in the declaration, increasing readability.
10689 * In a function template declaration the return type can be a member type.
10691 ##### Example
10693 Consider:
10695     auto p = v.begin();      // vector<DataRecord>::iterator
10696     auto z1 = v[3];          // makes copy of DataRecord
10697     auto& z2 = v[3];         // avoids copy
10698     const auto& z3 = v[3];   // const and avoids copy
10699     auto h = t.future();
10700     auto q = make_unique<int[]>(s);
10701     auto f = [](int x) { return x + 10; };
10703 In each case, we save writing a longish, hard-to-remember type that the compiler already knows but a programmer could get wrong.
10705 ##### Example
10707     template<class T>
10708     auto Container<T>::first() -> Iterator;   // Container<T>::Iterator
10710 ##### Exception
10712 Avoid `auto` for initializer lists and in cases where you know exactly which type you want and where an initializer might require conversion.
10714 ##### Example
10716     auto lst = { 1, 2, 3 };   // lst is an initializer list
10717     auto x{1};   // x is an int (in C++17; initializer_list in C++11)
10719 ##### Note
10721 As of C++20, we can (and should) use concepts to be more specific about the type we are deducing:
10723     // ...
10724     forward_iterator auto p = algo(x, y, z);
10726 ##### Example (C++17)
10728     std::set<int> values;
10729     // ...
10730     auto [ position, newly_inserted ] = values.insert(5);   // break out the members of the std::pair
10732 ##### Enforcement
10734 Flag redundant repetition of type names in a declaration.
10736 ### <a name="Res-reuse"></a>ES.12: Do not reuse names in nested scopes
10738 ##### Reason
10740 It is easy to get confused about which variable is used.
10741 Can cause maintenance problems.
10743 ##### Example, bad
10745     int d = 0;
10746     // ...
10747     if (cond) {
10748         // ...
10749         d = 9;
10750         // ...
10751     }
10752     else {
10753         // ...
10754         int d = 7;
10755         // ...
10756         d = value_to_be_returned;
10757         // ...
10758     }
10760     return d;
10762 If this is a large `if`-statement, it is easy to overlook that a new `d` has been introduced in the inner scope.
10763 This is a known source of bugs.
10764 Sometimes such reuse of a name in an inner scope is called "shadowing".
10766 ##### Note
10768 Shadowing is primarily a problem when functions are too large and too complex.
10770 ##### Example
10772 Shadowing of function arguments in the outermost block is disallowed by the language:
10774     void f(int x)
10775     {
10776         int x = 4;  // error: reuse of function argument name
10778         if (x) {
10779             int x = 7;  // allowed, but bad
10780             // ...
10781         }
10782     }
10784 ##### Example, bad
10786 Reuse of a member name as a local variable can also be a problem:
10788     struct S {
10789         int m;
10790         void f(int x);
10791     };
10793     void S::f(int x)
10794     {
10795         m = 7;    // assign to member
10796         if (x) {
10797             int m = 9;
10798             // ...
10799             m = 99; // assign to local variable
10800             // ...
10801         }
10802     }
10804 ##### Exception
10806 We often reuse function names from a base class in a derived class:
10808     struct B {
10809         void f(int);
10810     };
10812     struct D : B {
10813         void f(double);
10814         using B::f;
10815     };
10817 This is error-prone.
10818 For example, had we forgotten the using declaration, a call `d.f(1)` would not have found the `int` version of `f`.
10820 ??? Do we need a specific rule about shadowing/hiding in class hierarchies?
10822 ##### Enforcement
10824 * Flag reuse of a name in nested local scopes
10825 * Flag reuse of a member name as a local variable in a member function
10826 * Flag reuse of a global name as a local variable or a member name
10827 * Flag reuse of a base class member name in a derived class (except for function names)
10829 ### <a name="Res-always"></a>ES.20: Always initialize an object
10831 ##### Reason
10833 Avoid used-before-set errors and their associated undefined behavior.
10834 Avoid problems with comprehension of complex initialization.
10835 Simplify refactoring.
10837 ##### Example
10839     void use(int arg)
10840     {
10841         int i;   // bad: uninitialized variable
10842         // ...
10843         i = 7;   // initialize i
10844     }
10846 No, `i = 7` does not initialize `i`; it assigns to it. Also, `i` can be read in the `...` part. Better:
10848     void use(int arg)   // OK
10849     {
10850         int i = 7;   // OK: initialized
10851         string s;    // OK: default initialized
10852         // ...
10853     }
10855 ##### Note
10857 The *always initialize* rule is deliberately stronger than the *an object must be set before used* language rule.
10858 The latter, more relaxed rule, catches the technical bugs, but:
10860 * It leads to less readable code
10861 * It encourages people to declare names in greater than necessary scopes
10862 * It leads to harder to read code
10863 * It leads to logic bugs by encouraging complex code
10864 * It hampers refactoring
10866 The *always initialize* rule is a style rule aimed to improve maintainability as well as a rule protecting against used-before-set errors.
10868 ##### Example
10870 Here is an example that is often considered to demonstrate the need for a more relaxed rule for initialization
10872     widget i;    // "widget" a type that's expensive to initialize, possibly a large trivial type
10873     widget j;
10875     if (cond) {  // bad: i and j are initialized "late"
10876         i = f1();
10877         j = f2();
10878     }
10879     else {
10880         i = f3();
10881         j = f4();
10882     }
10884 This cannot trivially be rewritten to initialize `i` and `j` with initializers.
10885 Note that for types with a default constructor, attempting to postpone initialization simply leads to a default initialization followed by an assignment.
10886 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.
10888 Assuming that there is a logical connection between `i` and `j`, that connection should probably be expressed in code:
10890     pair<widget, widget> make_related_widgets(bool x)
10891     {
10892         return (x) ? {f1(), f2()} : {f3(), f4()};
10893     }
10895     auto [i, j] = make_related_widgets(cond);    // C++17
10897 If the `make_related_widgets` function is otherwise redundant,
10898 we can eliminate it by using a lambda [ES.28](#Res-lambda-init):
10900     auto [i, j] = [x] { return (x) ? pair{f1(), f2()} : pair{f3(), f4()} }();    // C++17
10902 Using a value representing "uninitialized" is a symptom of a problem and not a solution:
10904     widget i = uninit;  // bad
10905     widget j = uninit;
10907     // ...
10908     use(i);         // possibly used before set
10909     // ...
10911     if (cond) {     // bad: i and j are initialized "late"
10912         i = f1();
10913         j = f2();
10914     }
10915     else {
10916         i = f3();
10917         j = f4();
10918     }
10920 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?
10922 ##### Note
10924 Complex initialization has been popular with clever programmers for decades.
10925 It has also been a major source of errors and complexity.
10926 Many such errors are introduced during maintenance years after the initial implementation.
10928 ##### Example
10930 This rule covers data members.
10932     class X {
10933     public:
10934         X(int i, int ci) : m2{i}, cm2{ci} {}
10935         // ...
10937     private:
10938         int m1 = 7;
10939         int m2;
10940         int m3;
10942         const int cm1 = 7;
10943         const int cm2;
10944         const int cm3;
10945     };
10947 The compiler will flag the uninitialized `cm3` because it is a `const`, but it will not catch the lack of initialization of `m3`.
10948 Usually, a rare spurious member initialization is worth the absence of errors from lack of initialization and often an optimizer
10949 can eliminate a redundant initialization (e.g., an initialization that occurs immediately before an assignment).
10951 ##### Exception
10953 If you are declaring an object that is just about to be initialized from input, initializing it would cause a double initialization.
10954 However, beware that this might leave uninitialized data beyond the input -- and that has been a fertile source of errors and security breaches:
10956     constexpr int max = 8 * 1024;
10957     int buf[max];         // OK, but suspicious: uninitialized
10958     f.read(buf, max);
10960 The cost of initializing that array could be significant in some situations.
10961 However, such examples do tend to leave uninitialized variables accessible, so they should be treated with suspicion.
10963     constexpr int max = 8 * 1024;
10964     int buf[max] = {};   // zero all elements; better in some situations
10965     f.read(buf, max);
10967 Because of the restrictive initialization rules for arrays and `std::array`, they offer the most compelling examples of the need for this exception.
10969 When feasible use a library function that is known not to overflow. For example:
10971     string s;   // s is default initialized to ""
10972     cin >> s;   // s expands to hold the string
10974 Don't consider simple variables that are targets for input operations exceptions to this rule:
10976     int i;   // bad
10977     // ...
10978     cin >> i;
10980 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.
10982     int i2 = 0;   // better, assuming that zero is an acceptable value for i2
10983     // ...
10984     cin >> i2;
10986 A good optimizer should know about input operations and eliminate the redundant operation.
10989 ##### Note
10991 Sometimes, a lambda can be used as an initializer to avoid an uninitialized variable:
10993     error_code ec;
10994     Value v = [&] {
10995         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
10996         ec = p.first;
10997         return p.second;
10998     }();
11000 or maybe:
11002     Value v = [] {
11003         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
11004         if (p.first) throw Bad_value{p.first};
11005         return p.second;
11006     }();
11008 **See also**: [ES.28](#Res-lambda-init)
11010 ##### Enforcement
11012 * Flag every uninitialized variable.
11013   Don't flag variables of user-defined types with default constructors.
11014 * Check that an uninitialized buffer is written into *immediately* after declaration.
11015   Passing an uninitialized variable as a reference to non-`const` argument can be assumed to be a write into the variable.
11017 ### <a name="Res-introduce"></a>ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it
11019 ##### Reason
11021 Readability. To limit the scope in which the variable can be used.
11023 ##### Example
11025     int x = 7;
11026     // ... no use of x here ...
11027     ++x;
11029 ##### Enforcement
11031 Flag declarations that are distant from their first use.
11033 ### <a name="Res-init"></a>ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with
11035 ##### Reason
11037 Readability. Limit the scope in which a variable can be used. Don't risk used-before-set. Initialization is often more efficient than assignment.
11039 ##### Example, bad
11041     string s;
11042     // ... no use of s here ...
11043     s = "what a waste";
11045 ##### Example, bad
11047     SomeLargeType var;  // Hard-to-read CaMeLcAsEvArIaBlE
11049     if (cond)   // some non-trivial condition
11050         Set(&var);
11051     else if (cond2 || !cond3) {
11052         var = Set2(3.14);
11053     }
11054     else {
11055         var = 0;
11056         for (auto& e : something)
11057             var += e;
11058     }
11060     // use var; that this isn't done too early can be enforced statically with only control flow
11062 This would be fine if there was a default initialization for `SomeLargeType` that wasn't too expensive.
11063 Otherwise, a programmer might very well wonder if every possible path through the maze of conditions has been covered.
11064 If not, we have a "use before set" bug. This is a maintenance trap.
11066 For initializers of moderate complexity, including for `const` variables, consider using a lambda to express the initializer; see [ES.28](#Res-lambda-init).
11068 ##### Enforcement
11070 * Flag declarations with default initialization that are assigned to before they are first read.
11071 * Flag any complicated computation after an uninitialized variable and before its use.
11073 ### <a name="Res-list"></a>ES.23: Prefer the `{}`-initializer syntax
11075 ##### Reason
11077 Prefer `{}`. The rules for `{}` initialization are simpler, more general, less ambiguous, and safer than for other forms of initialization.
11079 Use `=` only when you are sure that there can be no narrowing conversions. For built-in arithmetic types, use `=` only with `auto`.
11081 Avoid `()` initialization, which allows parsing ambiguities.
11083 ##### Example
11085     int x {f(99)};
11086     int y = x;
11087     vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
11089 ##### Exception
11091 For containers, there is a tradition for using `{...}` for a list of elements and `(...)` for sizes:
11093     vector<int> v1(10);    // vector of 10 elements with the default value 0
11094     vector<int> v2{10};    // vector of 1 element with the value 10
11096     vector<int> v3(1, 2);  // vector of 1 element with the value 2
11097     vector<int> v4{1, 2};  // vector of 2 elements with the values 1 and 2
11099 ##### Note
11101 `{}`-initializers do not allow narrowing conversions (and that is usually a good thing) and allow explicit constructors (which is fine, we're intentionally initializing a new variable).
11103 ##### Example
11105     int x {7.9};   // error: narrowing
11106     int y = 7.9;   // OK: y becomes 7. Hope for a compiler warning
11107     int z {gsl::narrow_cast<int>(7.9)};    // OK: you asked for it
11108     auto zz = gsl::narrow_cast<int>(7.9);  // OK: you asked for it
11110 ##### Note
11112 `{}` initialization can be used for nearly all initialization; other forms of initialization can't:
11114     auto p = new vector<int> {1, 2, 3, 4, 5};   // initialized vector
11115     D::D(int a, int b) :m{a, b} {   // member initializer (e.g., m might be a pair)
11116         // ...
11117     };
11118     X var {};   // initialize var to be empty
11119     struct S {
11120         int m {7};   // default initializer for a member
11121         // ...
11122     };
11124 For that reason, `{}`-initialization is often called "uniform initialization"
11125 (though there unfortunately are a few irregularities left).
11127 ##### Note
11129 Initialization of a variable declared using `auto` with a single value, e.g., `{v}`, had surprising results until C++17.
11130 The C++17 rules are somewhat less surprising:
11132     auto x1 {7};        // x1 is an int with the value 7
11133     auto x2 = {7};      // x2 is an initializer_list<int> with an element 7
11135     auto x11 {7, 8};    // error: two initializers
11136     auto x22 = {7, 8};  // x22 is an initializer_list<int> with elements 7 and 8
11138 Use `={...}` if you really want an `initializer_list<T>`
11140     auto fib10 = {1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55};   // fib10 is a list
11142 ##### Note
11144 `={}` gives copy initialization whereas `{}` gives direct initialization.
11145 Like the distinction between copy-initialization and direct-initialization itself, this can lead to surprises.
11146 `{}` accepts `explicit` constructors; `={}` does not. For example:
11148     struct Z { explicit Z() {} };
11150     Z z1{};     // OK: direct initialization, so we use explicit constructor
11151     Z z2 = {};  // error: copy initialization, so we cannot use the explicit constructor
11153 Use plain `{}`-initialization unless you specifically want to disable explicit constructors.
11155 ##### Example
11157     template<typename T>
11158     void f()
11159     {
11160         T x1(1);    // T initialized with 1
11161         T x0();     // bad: function declaration (often a mistake)
11163         T y1 {1};   // T initialized with 1
11164         T y0 {};    // default initialized T
11165         // ...
11166     }
11168 **See also**: [Discussion](#???)
11170 ##### Enforcement
11172 * Flag uses of `=` to initialize arithmetic types where narrowing occurs.
11173 * Flag uses of `()` initialization syntax that are actually declarations. (Many compilers should warn on this already.)
11175 ### <a name="Res-unique"></a>ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers
11177 ##### Reason
11179 Using `std::unique_ptr` is the simplest way to avoid leaks. It is reliable, it
11180 makes the type system do much of the work to validate ownership safety, it
11181 increases readability, and it has zero or near zero run-time cost.
11183 ##### Example
11185     void use(bool leak)
11186     {
11187         auto p1 = make_unique<int>(7);   // OK
11188         int* p2 = new int{7};            // bad: might leak
11189         // ... no assignment to p2 ...
11190         if (leak) return;
11191         // ... no assignment to p2 ...
11192         vector<int> v(7);
11193         v.at(7) = 0;                    // exception thrown
11194         delete p2;                      // too late to prevent leaks
11195         // ...
11196     }
11198 If `leak == true` the object pointed to by `p2` is leaked and the object pointed to by `p1` is not.
11199 The same is the case when `at()` throws. In both cases, the `delete p2` statement is not reached.
11201 ##### Enforcement
11203 Look for raw pointers that are targets of `new`, `malloc()`, or functions that might return such pointers.
11205 ### <a name="Res-const"></a>ES.25: Declare an object `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on
11207 ##### Reason
11209 That way you can't change the value by mistake. That way might offer the compiler optimization opportunities.
11211 ##### Example
11213     void f(int n)
11214     {
11215         const int bufmax = 2 * n + 2;  // good: we can't change bufmax by accident
11216         int xmax = n;                  // suspicious: is xmax intended to change?
11217         // ...
11218     }
11220 ##### Enforcement
11222 Look to see if a variable is actually mutated, and flag it if
11223 not. Unfortunately, it might be impossible to detect when a non-`const` was not
11224 *intended* to vary (vs when it merely did not vary).
11226 ### <a name="Res-recycle"></a>ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes
11228 ##### Reason
11230 Readability and safety.
11232 ##### Example, bad
11234     void use()
11235     {
11236         int i;
11237         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
11238         for (i = 0; i < 200; ++i) { /* ... */ } // bad: i recycled
11239     }
11241 ##### Note
11243 As an optimization, you might want to reuse a buffer as a scratch pad, but even then prefer to limit the variable's scope as much as possible and be careful not to cause bugs from data left in a recycled buffer as this is a common source of security bugs.
11245     void write_to_file()
11246     {
11247         std::string buffer;             // to avoid reallocations on every loop iteration
11248         for (auto& o : objects) {
11249             // First part of the work.
11250             generate_first_string(buffer, o);
11251             write_to_file(buffer);
11253             // Second part of the work.
11254             generate_second_string(buffer, o);
11255             write_to_file(buffer);
11257             // etc...
11258         }
11259     }
11261 ##### Enforcement
11263 Flag recycled variables.
11265 ### <a name="Res-stack"></a>ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack
11267 ##### Reason
11269 They are readable and don't implicitly convert to pointers.
11270 They are not confused with non-standard extensions of built-in arrays.
11272 ##### Example, bad
11274     const int n = 7;
11275     int m = 9;
11277     void f()
11278     {
11279         int a1[n];
11280         int a2[m];   // error: not ISO C++
11281         // ...
11282     }
11284 ##### Note
11286 The definition of `a1` is legal C++ and has always been.
11287 There is a lot of such code.
11288 It is error-prone, though, especially when the bound is non-local.
11289 Also, it is a "popular" source of errors (buffer overflow, pointers from array decay, etc.).
11290 The definition of `a2` is C but not C++ and is considered a security risk
11292 ##### Example
11294     const int n = 7;
11295     int m = 9;
11297     void f()
11298     {
11299         array<int, n> a1;
11300         stack_array<int> a2(m);
11301         // ...
11302     }
11304 ##### Enforcement
11306 * Flag arrays with non-constant bounds (C-style VLAs)
11307 * Flag arrays with non-local constant bounds
11309 ### <a name="Res-lambda-init"></a>ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables
11311 ##### Reason
11313 It nicely encapsulates local initialization, including cleaning up scratch variables needed only for the initialization, without needing to create a needless non-local yet non-reusable function. It also works for variables that should be `const` but only after some initialization work.
11315 ##### Example, bad
11317     widget x;   // should be const, but:
11318     for (auto i = 2; i <= N; ++i) {          // this could be some
11319         x += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
11320     }                                        // needed to initialize x
11321     // from here, x should be const, but we can't say so in code in this style
11323 ##### Example, good
11325     const widget x = [&] {
11326         widget val;                                // assume that widget has a default constructor
11327         for (auto i = 2; i <= N; ++i) {            // this could be some
11328             val += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
11329         }                                          // needed to initialize x
11330         return val;
11331     }();
11333 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.
11335 ##### Enforcement
11337 Hard. At best a heuristic. Look for an uninitialized variable followed by a loop assigning to it.
11339 ### <a name="Res-macros"></a>ES.30: Don't use macros for program text manipulation
11341 ##### Reason
11343 Macros are a major source of bugs.
11344 Macros don't obey the usual scope and type rules.
11345 Macros ensure that the human reader sees something different from what the compiler sees.
11346 Macros complicate tool building.
11348 ##### Example, bad
11350     #define Case break; case   /* BAD */
11352 This innocuous-looking macro makes a single lower case `c` instead of a `C` into a bad flow-control bug.
11354 ##### Note
11356 This rule does not ban the use of macros for "configuration control" use in `#ifdef`s, etc.
11358 In the future, modules are likely to eliminate the need for macros in configuration control.
11360 ##### Note
11362 This rule is meant to also discourage use of `#` for stringification and `##` for concatenation.
11363 As usual for macros, there are uses that are "mostly harmless", but even these can create problems for tools,
11364 such as auto completers, static analyzers, and debuggers.
11365 Often the desire to use fancy macros is a sign of an overly complex design.
11366 Also, `#` and `##` encourages the definition and use of macros:
11368     #define CAT(a, b) a ## b
11369     #define STRINGIFY(a) #a
11371     void f(int x, int y)
11372     {
11373         string CAT(x, y) = "asdf";   // BAD: hard for tools to handle (and ugly)
11374         string sx2 = STRINGIFY(x);
11375         // ...
11376     }
11378 There are workarounds for low-level string manipulation using macros. For example:
11380     enum E { a, b };
11382     template<int x>
11383     constexpr const char* stringify()
11384     {
11385         switch (x) {
11386         case a: return "a";
11387         case b: return "b";
11388         }
11389     }
11391     void f()
11392     {
11393         string s1 = stringify<a>();
11394         string s2 = stringify<b>();
11395         // ...
11396     }
11398 This is not as convenient as a macro to define, but as easy to use, has zero overhead, and is typed and scoped.
11400 In the future, static reflection is likely to eliminate the last needs for the preprocessor for program text manipulation.
11402 ##### Enforcement
11404 Scream when you see a macro that isn't just used for source control (e.g., `#ifdef`)
11406 ### <a name="Res-macros2"></a>ES.31: Don't use macros for constants or "functions"
11408 ##### Reason
11410 Macros are a major source of bugs.
11411 Macros don't obey the usual scope and type rules.
11412 Macros don't obey the usual rules for argument passing.
11413 Macros ensure that the human reader sees something different from what the compiler sees.
11414 Macros complicate tool building.
11416 ##### Example, bad
11418     #define PI 3.14
11419     #define SQUARE(a, b) (a * b)
11421 Even if we hadn't left a well-known bug in `SQUARE` there are much better behaved alternatives; for example:
11423     constexpr double pi = 3.14;
11424     template<typename T> T square(T a, T b) { return a * b; }
11426 ##### Enforcement
11428 Scream when you see a macro that isn't just used for source control (e.g., `#ifdef`)
11430 ### <a name="Res-ALL_CAPS"></a>ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names
11432 ##### Reason
11434 Convention. Readability. Distinguishing macros.
11436 ##### Example
11438     #define forever for (;;)   /* very BAD */
11440     #define FOREVER for (;;)   /* Still evil, but at least visible to humans */
11442 ##### Enforcement
11444 Scream when you see a lower case macro.
11446 ### <a name="Res-MACROS"></a>ES.33: If you must use macros, give them unique names
11448 ##### Reason
11450 Macros do not obey scope rules.
11452 ##### Example
11454     #define MYCHAR        /* BAD, will eventually clash with someone else's MYCHAR*/
11456     #define ZCORP_CHAR    /* Still evil, but less likely to clash */
11458 ##### Note
11460 Avoid macros if you can: [ES.30](#Res-macros), [ES.31](#Res-macros2), and [ES.32](#Res-ALL_CAPS).
11461 However, there are billions of lines of code littered with macros and a long tradition for using and overusing macros.
11462 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.
11464 ##### Enforcement
11466 Warn against short macro names.
11468 ### <a name="Res-ellipses"></a> ES.34: Don't define a (C-style) variadic function
11470 ##### Reason
11472 Not type safe.
11473 Requires messy cast-and-macro-laden code to get working right.
11475 ##### Example
11477     #include <cstdarg>
11479     // "severity" followed by a zero-terminated list of char*s; write the C-style strings to cerr
11480     void error(int severity ...)
11481     {
11482         va_list ap;             // a magic type for holding arguments
11483         va_start(ap, severity); // arg startup: "severity" is the first argument of error()
11485         for (;;) {
11486             // treat the next var as a char*; no checking: a cast in disguise
11487             char* p = va_arg(ap, char*);
11488             if (!p) break;
11489             cerr << p << ' ';
11490         }
11492         va_end(ap);             // arg cleanup (don't forget this)
11494         cerr << '\n';
11495         if (severity) exit(severity);
11496     }
11498     void use()
11499     {
11500         error(7, "this", "is", "an", "error", nullptr);
11501         error(7); // crash
11502         error(7, "this", "is", "an", "error");  // crash
11503         const char* is = "is";
11504         string an = "an";
11505         error(7, "this", is, an, "error"); // crash
11506     }
11508 **Alternative**: Overloading. Templates. Variadic templates.
11510     #include <iostream>
11512     void error(int severity)
11513     {
11514         std::cerr << '\n';
11515         std::exit(severity);
11516     }
11518     template<typename T, typename... Ts>
11519     constexpr void error(int severity, T head, Ts... tail)
11520     {
11521         std::cerr << head;
11522         error(severity, tail...);
11523     }
11525     void use()
11526     {
11527         error(7); // No crash!
11528         error(5, "this", "is", "not", "an", "error"); // No crash!
11530         std::string an = "an";
11531         error(7, "this", "is", "not", an, "error"); // No crash!
11533         error(5, "oh", "no", nullptr); // Compile error! No need for nullptr.
11534     }
11537 ##### Note
11539 This is basically the way `printf` is implemented.
11541 ##### Enforcement
11543 * Flag definitions of C-style variadic functions.
11544 * Flag `#include <cstdarg>` and `#include <stdarg.h>`
11547 ## ES.expr: Expressions
11549 Expressions manipulate values.
11551 ### <a name="Res-complicated"></a>ES.40: Avoid complicated expressions
11553 ##### Reason
11555 Complicated expressions are error-prone.
11557 ##### Example
11559     // bad: assignment hidden in subexpression
11560     while ((c = getc()) != -1)
11562     // bad: two non-local variables assigned in sub-expressions
11563     while ((cin >> c1, cin >> c2), c1 == c2)
11565     // better, but possibly still too complicated
11566     for (char c1, c2; cin >> c1 >> c2 && c1 == c2;)
11568     // OK: if i and j are not aliased
11569     int x = ++i + ++j;
11571     // OK: if i != j and i != k
11572     v[i] = v[j] + v[k];
11574     // bad: multiple assignments "hidden" in subexpressions
11575     x = a + (b = f()) + (c = g()) * 7;
11577     // bad: relies on commonly misunderstood precedence rules
11578     x = a & b + c * d && e ^ f == 7;
11580     // bad: undefined behavior
11581     x = x++ + x++ + ++x;
11583 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.
11585 ##### Note
11587 C++17 tightens up the rules for the order of evaluation
11588 (left-to-right except right-to-left in assignments, and the order of evaluation of function arguments is unspecified; [see ES.43](#Res-order)),
11589 but that doesn't change the fact that complicated expressions are potentially confusing.
11591 ##### Note
11593 A programmer should know and use the basic rules for expressions.
11595 ##### Example
11597     x = k * y + z;             // OK
11599     auto t1 = k * y;           // bad: unnecessarily verbose
11600     x = t1 + z;
11602     if (0 <= x && x < max)   // OK
11604     auto t1 = 0 <= x;        // bad: unnecessarily verbose
11605     auto t2 = x < max;
11606     if (t1 && t2)            // ...
11608 ##### Enforcement
11610 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:
11612 * 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
11613 * writes to aliased variables
11614 * more than N operators (and what should N be?)
11615 * reliance of subtle precedence rules
11616 * uses undefined behavior (can we catch all undefined behavior?)
11617 * implementation defined behavior?
11618 * ???
11620 ### <a name="Res-parens"></a>ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize
11622 ##### Reason
11624 Avoid errors. Readability. Not everyone has the operator table memorized.
11626 ##### Example
11628     const unsigned int flag = 2;
11629     unsigned int a = flag;
11631     if (a & flag != 0)  // bad: means a&(flag != 0)
11633 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.
11635     if ((a & flag) != 0)  // OK: works as intended
11637 ##### Note
11639 You should know enough not to need parentheses for:
11641     if (a < 0 || a <= max) {
11642         // ...
11643     }
11645 ##### Enforcement
11647 * Flag combinations of bitwise-logical operators and other operators.
11648 * Flag assignment operators not as the leftmost operator.
11649 * ???
11651 ### <a name="Res-ptr"></a>ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward
11653 ##### Reason
11655 Complicated pointer manipulation is a major source of errors.
11657 ##### Note
11659 Use `gsl::span` instead.
11660 Pointers should [only refer to single objects](#Ri-array).
11661 Pointer arithmetic is fragile and easy to get wrong, the source of many, many bad bugs and security violations.
11662 `span` is a bounds-checked, safe type for accessing arrays of data.
11663 Access into an array with known bounds using a constant as a subscript can be validated by the compiler.
11665 ##### Example, bad
11667     void f(int* p, int count)
11668     {
11669         if (count < 2) return;
11671         int* q = p + 1;    // BAD
11673         ptrdiff_t d;
11674         int n;
11675         d = (p - &n);      // OK
11676         d = (q - p);       // OK
11678         int n = *p++;      // BAD
11680         if (count < 6) return;
11682         p[4] = 1;          // BAD
11684         p[count - 1] = 2;  // BAD
11686         use(&p[0], 3);     // BAD
11687     }
11689 ##### Example, good
11691     void f(span<int> a) // BETTER: use span in the function declaration
11692     {
11693         if (a.size() < 2) return;
11695         int n = a[0];      // OK
11697         span<int> q = a.subspan(1); // OK
11699         if (a.size() < 6) return;
11701         a[4] = 1;          // OK
11703         a[a.size() - 1] = 2;  // OK
11705         use(a.data(), 3);  // OK
11706     }
11708 ##### Note
11710 Subscripting with a variable is difficult for both tools and humans to validate as safe.
11711 `span` is a run-time bounds-checked, safe type for accessing arrays of data.
11712 `at()` is another alternative that ensures single accesses are bounds-checked.
11713 If iterators are needed to access an array, use the iterators from a `span` constructed over the array.
11715 ##### Example, bad
11717     void f(array<int, 10> a, int pos)
11718     {
11719         a[pos / 2] = 1; // BAD
11720         a[pos - 1] = 2; // BAD
11721         a[-1] = 3;    // BAD (but easily caught by tools) -- no replacement, just don't do this
11722         a[10] = 4;    // BAD (but easily caught by tools) -- no replacement, just don't do this
11723     }
11725 ##### Example, good
11727 Use a `span`:
11729     void f1(span<int, 10> a, int pos) // A1: Change parameter type to use span
11730     {
11731         a[pos / 2] = 1; // OK
11732         a[pos - 1] = 2; // OK
11733     }
11735     void f2(array<int, 10> arr, int pos) // A2: Add local span and use that
11736     {
11737         span<int> a = {arr.data(), pos};
11738         a[pos / 2] = 1; // OK
11739         a[pos - 1] = 2; // OK
11740     }
11742 Use `at()`:
11744     void f3(array<int, 10> a, int pos) // ALTERNATIVE B: Use at() for access
11745     {
11746         at(a, pos / 2) = 1; // OK
11747         at(a, pos - 1) = 2; // OK
11748     }
11750 ##### Example, bad
11752     void f()
11753     {
11754         int arr[COUNT];
11755         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
11756             arr[i] = i; // BAD, cannot use non-constant indexer
11757     }
11759 ##### Example, good
11761 Use a `span`:
11763     void f1()
11764     {
11765         int arr[COUNT];
11766         span<int> av = arr;
11767         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
11768             av[i] = i;
11769     }
11771 Use a `span` and range-`for`:
11773     void f1a()
11774     {
11775          int arr[COUNT];
11776          span<int, COUNT> av = arr;
11777          int i = 0;
11778          for (auto& e : av)
11779              e = i++;
11780     }
11782 Use `at()` for access:
11784     void f2()
11785     {
11786         int arr[COUNT];
11787         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
11788             at(arr, i) = i;
11789     }
11791 Use a range-`for`:
11793     void f3()
11794     {
11795         int arr[COUNT];
11796         int i = 0;
11797         for (auto& e : arr)
11798              e = i++;
11799     }
11801 ##### Note
11803 Tooling can offer rewrites of array accesses that involve dynamic index expressions to use `at()` instead:
11805     static int a[10];
11807     void f(int i, int j)
11808     {
11809         a[i + j] = 12;      // BAD, could be rewritten as ...
11810         at(a, i + j) = 12;  // OK -- bounds-checked
11811     }
11813 ##### Example
11815 Turning an array into a pointer (as the language does essentially always) removes opportunities for checking, so avoid it
11817     void g(int* p);
11819     void f()
11820     {
11821         int a[5];
11822         g(a);        // BAD: are we trying to pass an array?
11823         g(&a[0]);    // OK: passing one object
11824     }
11826 If you want to pass an array, say so:
11828     void g(int* p, size_t length);  // old (dangerous) code
11830     void g1(span<int> av); // BETTER: get g() changed.
11832     void f2()
11833     {
11834         int a[5];
11835         span<int> av = a;
11837         g(av.data(), av.size());   // OK, if you have no choice
11838         g1(a);                     // OK -- no decay here, instead use implicit span ctor
11839     }
11841 ##### Enforcement
11843 * Flag any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
11844 * Flag any indexing expression on an expression or variable of array type (either static array or `std::array`) where the indexer is not a compile-time constant expression with a value between `0` and the upper bound of the array.
11845 * Flag any expression that would rely on implicit conversion of an array type to a pointer type.
11847 This rule is part of the [bounds-safety profile](#SS-bounds).
11850 ### <a name="Res-order"></a>ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation
11852 ##### Reason
11854 You have no idea what such code does. Portability.
11855 Even if it does something sensible for you, it might do something different on another compiler (e.g., the next release of your compiler) or with a different optimizer setting.
11857 ##### Note
11859 C++17 tightens up the rules for the order of evaluation:
11860 left-to-right except right-to-left in assignments, and the order of evaluation of function arguments is unspecified.
11862 However, remember that your code might be compiled with a pre-C++17 compiler (e.g., through cut-and-paste) so don't be too clever.
11864 ##### Example
11866     v[i] = ++i;   //  the result is undefined
11868 A good rule of thumb is that you should not read a value twice in an expression where you write to it.
11870 ##### Enforcement
11872 Can be detected by a good analyzer.
11874 ### <a name="Res-order-fct"></a>ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments
11876 ##### Reason
11878 Because that order is unspecified.
11880 ##### Note
11882 C++17 tightens up the rules for the order of evaluation, but the order of evaluation of function arguments is still unspecified.
11884 ##### Example
11886     int i = 0;
11887     f(++i, ++i);
11889 Before C++17, the behavior is undefined, so the behavior could be anything (e.g., `f(2, 2)`).
11890 Since C++17, this code does not have undefined behavior, but it is still not specified which argument is evaluated first. The call will be `f(1, 2)` or `f(2, 1)`, but you don't know which.
11892 ##### Example
11894 Overloaded operators can lead to order of evaluation problems:
11896     f1()->m(f2());          // m(f1(), f2())
11897     cout << f1() << f2();   // operator<<(operator<<(cout, f1()), f2())
11899 In C++17, these examples work as expected (left to right) and assignments are evaluated right to left (just as ='s binding is right-to-left)
11901     f1() = f2();    // undefined behavior in C++14; in C++17, f2() is evaluated before f1()
11903 ##### Enforcement
11905 Can be detected by a good analyzer.
11907 ### <a name="Res-magic"></a>ES.45: Avoid "magic constants"; use symbolic constants
11909 ##### Reason
11911 Unnamed constants embedded in expressions are easily overlooked and often hard to understand:
11913 ##### Example
11915     for (int m = 1; m <= 12; ++m)   // don't: magic constant 12
11916         cout << month[m] << '\n';
11918 No, we don't all know that there are 12 months, numbered 1..12, in a year. Better:
11920     // months are indexed 1..12
11921     constexpr int first_month = 1;
11922     constexpr int last_month = 12;
11924     for (int m = first_month; m <= last_month; ++m)   // better
11925         cout << month[m] << '\n';
11927 Better still, don't expose constants:
11929     for (auto m : month)
11930         cout << m << '\n';
11932 ##### Enforcement
11934 Flag literals in code. Give a pass to `0`, `1`, `nullptr`, `\n`, `""`, and others on a positive list.
11936 ### <a name="Res-narrowing"></a>ES.46: Avoid lossy (narrowing, truncating) arithmetic conversions
11938 ##### Reason
11940 A narrowing conversion destroys information, often unexpectedly so.
11942 ##### Example, bad
11944 A key example is basic narrowing:
11946     double d = 7.9;
11947     int i = d;    // bad: narrowing: i becomes 7
11948     i = (int) d;  // bad: we're going to claim this is still not explicit enough
11950     void f(int x, long y, double d)
11951     {
11952         char c1 = x;   // bad: narrowing
11953         char c2 = y;   // bad: narrowing
11954         char c3 = d;   // bad: narrowing
11955     }
11957 ##### Note
11959 The guidelines support library offers a `narrow_cast` operation for specifying that narrowing is acceptable and a `narrow` ("narrow if") that throws an exception if a narrowing would throw away legal values:
11961     i = gsl::narrow_cast<int>(d);   // OK (you asked for it): narrowing: i becomes 7
11962     i = gsl::narrow<int>(d);        // OK: throws narrowing_error
11964 We also include lossy arithmetic casts, such as from a negative floating point type to an unsigned integral type:
11966     double d = -7.9;
11967     unsigned u = 0;
11969     u = d;                               // bad: narrowing
11970     u = gsl::narrow_cast<unsigned>(d);   // OK (you asked for it): u becomes 4294967289
11971     u = gsl::narrow<unsigned>(d);        // OK: throws narrowing_error
11973 ##### Note
11975 This rule does not apply to [contextual conversions to bool](https://en.cppreference.com/w/cpp/language/implicit_conversion#Contextual_conversions):
11977     if (ptr) do_something(*ptr);   // OK: ptr is used as a condition
11978     bool b = ptr;                  // bad: narrowing
11980 ##### Enforcement
11982 A good analyzer can detect all narrowing conversions. However, flagging all narrowing conversions will lead to a lot of false positives. Suggestions:
11984 * Flag all floating-point to integer conversions (maybe only `float`->`char` and `double`->`int`. Here be dragons! we need data).
11985 * Flag all `long`->`char` (I suspect `int`->`char` is very common. Here be dragons! we need data).
11986 * Consider narrowing conversions for function arguments especially suspect.
11988 ### <a name="Res-nullptr"></a>ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`
11990 ##### Reason
11992 Readability. Minimize surprises: `nullptr` cannot be confused with an
11993 `int`. `nullptr` also has a well-specified (very restrictive) type, and thus
11994 works in more scenarios where type deduction might do the wrong thing on `NULL`
11995 or `0`.
11997 ##### Example
11999 Consider:
12001     void f(int);
12002     void f(char*);
12003     f(0);         // call f(int)
12004     f(nullptr);   // call f(char*)
12006 ##### Enforcement
12008 Flag uses of `0` and `NULL` for pointers. The transformation might be helped by simple program transformation.
12010 ### <a name="Res-casts"></a>ES.48: Avoid casts
12012 ##### Reason
12014 Casts are a well-known source of errors and make some optimizations unreliable.
12016 ##### Example, bad
12018     double d = 2;
12019     auto p = (long*)&d;
12020     auto q = (long long*)&d;
12021     cout << d << ' ' << *p << ' ' << *q << '\n';
12023 What would you think this fragment prints? The result is at best implementation defined. I got
12025     2 0 4611686018427387904
12027 Adding
12029     *q = 666;
12030     cout << d << ' ' << *p << ' ' << *q << '\n';
12032 I got
12034     3.29048e-321 666 666
12036 Surprised? I'm just glad I didn't crash the program.
12038 ##### Note
12040 Programmers who write casts typically assume that they know what they are doing,
12041 or that writing a cast makes the program "easier to read".
12042 In fact, they often disable the general rules for using values.
12043 Overload resolution and template instantiation usually pick the right function if there is a right function to pick.
12044 If there is not, maybe there ought to be, rather than applying a local fix (cast).
12046 ##### Notes
12048 Casts are necessary in a systems programming language.  For example, how else
12049 would we get the address of a device register into a pointer?  However, casts
12050 are seriously overused as well as a major source of errors.
12052 If you feel the need for a lot of casts, there might be a fundamental design problem.
12054 The [type profile](#Pro-type-reinterpretcast) bans `reinterpret_cast` and C-style casts.
12056 Never cast to `(void)` to ignore a `[[nodiscard]]`return value.
12057 If you deliberately want to discard such a result, first think hard about whether that is really a good idea (there is usually a good reason the author of the function or of the return type used `[[nodiscard]]` in the first place).
12058 If you still think it's appropriate and your code reviewer agrees, use `std::ignore =` to turn off the warning which is simple, portable, and easy to grep.
12060 ##### Alternatives
12062 Casts are widely (mis)used. Modern C++ has rules and constructs that eliminate the need for casts in many contexts, such as
12064 * Use templates
12065 * Use `std::variant`
12066 * Rely on the well-defined, safe, implicit conversions between pointer types
12067 * Use `std::ignore =` to ignore `[[nodiscard]]` values.
12069 ##### Enforcement
12071 * Flag all C-style casts, including to `void`.
12072 * Flag functional style casts using `Type(value)`. Use `Type{value}` instead which is not narrowing. (See [ES.64](#Res-construct).)
12073 * Flag [identity casts](#Pro-type-identitycast) between pointer types, where the source and target types are the same (#Pro-type-identitycast).
12074 * Flag an explicit pointer cast that could be [implicit](#Pro-type-implicitpointercast).
12076 ### <a name="Res-casts-named"></a>ES.49: If you must use a cast, use a named cast
12078 ##### Reason
12080 Readability. Error avoidance.
12081 Named casts are more specific than a C-style or functional cast, allowing the compiler to catch some errors.
12083 The named casts are:
12085 * `static_cast`
12086 * `const_cast`
12087 * `reinterpret_cast`
12088 * `dynamic_cast`
12089 * `std::move`         // `move(x)` is an rvalue reference to `x`
12090 * `std::forward`      // `forward<T>(x)` is an rvalue or an lvalue reference to `x` depending on `T`
12091 * `gsl::narrow_cast`  // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
12092 * `gsl::narrow`       // `narrow<T>(x)` is `static_cast<T>(x)` if `static_cast<T>(x) == x` or it throws `narrowing_error`
12094 ##### Example
12096     class B { /* ... */ };
12097     class D { /* ... */ };
12099     template<typename D> D* upcast(B* pb)
12100     {
12101         D* pd0 = pb;                        // error: no implicit conversion from B* to D*
12102         D* pd1 = (D*)pb;                    // legal, but what is done?
12103         D* pd2 = static_cast<D*>(pb);       // error: D is not derived from B
12104         D* pd3 = reinterpret_cast<D*>(pb);  // OK: on your head be it!
12105         D* pd4 = dynamic_cast<D*>(pb);      // OK: return nullptr
12106         // ...
12107     }
12109 The example was synthesized from real-world bugs where `D` used to be derived from `B`, but someone refactored the hierarchy.
12110 The C-style cast is dangerous because it can do any kind of conversion, depriving us of any protection from mistakes (now or in the future).
12112 ##### Note
12114 When converting between types with no information loss (e.g. from `float` to
12115 `double` or from `int32` to `int64`), brace initialization might be used instead.
12117     double d {some_float};
12118     int64_t i {some_int32};
12120 This makes it clear that the type conversion was intended and also prevents
12121 conversions between types that might result in loss of precision. (It is a
12122 compilation error to try to initialize a `float` from a `double` in this fashion,
12123 for example.)
12125 ##### Note
12127 `reinterpret_cast` can be essential, but the essential uses (e.g., turning a machine address into pointer) are not type safe:
12129     auto p = reinterpret_cast<Device_register>(0x800);  // inherently dangerous
12132 ##### Enforcement
12134 * Flag all C-style casts, including to `void`.
12135 * Flag functional style casts using `Type(value)`. Use `Type{value}` instead which is not narrowing. (See [ES.64](#Res-construct).)
12136 * The [type profile](#Pro-type-reinterpretcast) bans `reinterpret_cast`.
12137 * The [type profile](#Pro-type-arithmeticcast) warns when using `static_cast` between arithmetic types.
12139 ### <a name="Res-casts-const"></a>ES.50: Don't cast away `const`
12141 ##### Reason
12143 It makes a lie out of `const`.
12144 If the variable is actually declared `const`, modifying it results in undefined behavior.
12146 ##### Example, bad
12148     void f(const int& x)
12149     {
12150         const_cast<int&>(x) = 42;   // BAD
12151     }
12153     static int i = 0;
12154     static const int j = 0;
12156     f(i); // silent side effect
12157     f(j); // undefined behavior
12159 ##### Example
12161 Sometimes, you might be tempted to resort to `const_cast` to avoid code duplication, such as when two accessor functions that differ only in `const`-ness have similar implementations. For example:
12163     class Bar;
12165     class Foo {
12166     public:
12167         // BAD, duplicates logic
12168         Bar& get_bar()
12169         {
12170             /* complex logic around getting a non-const reference to my_bar */
12171         }
12173         const Bar& get_bar() const
12174         {
12175             /* same complex logic around getting a const reference to my_bar */
12176         }
12177     private:
12178         Bar my_bar;
12179     };
12181 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`:
12183     class Foo {
12184     public:
12185         // not great, non-const calls const version but resorts to const_cast
12186         Bar& get_bar()
12187         {
12188             return const_cast<Bar&>(static_cast<const Foo&>(*this).get_bar());
12189         }
12190         const Bar& get_bar() const
12191         {
12192             /* the complex logic around getting a const reference to my_bar */
12193         }
12194     private:
12195         Bar my_bar;
12196     };
12198 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.
12200 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:
12202     class Foo {
12203     public:                         // good
12204               Bar& get_bar()       { return get_bar_impl(*this); }
12205         const Bar& get_bar() const { return get_bar_impl(*this); }
12206     private:
12207         Bar my_bar;
12209         template<class T>           // good, deduces whether T is const or non-const
12210         static auto& get_bar_impl(T& t)
12211             { /* the complex logic around getting a possibly-const reference to my_bar */ }
12212     };
12214 Note: Don't do large non-dependent work inside a template, which leads to code bloat. For example, a further improvement would be if all or part of `get_bar_impl` can be non-dependent and factored out into a common non-template function, for a potentially big reduction in code size.
12216 ##### Exception
12218 You might need to cast away `const` when calling `const`-incorrect functions.
12219 Prefer to wrap such functions in inline `const`-correct wrappers to encapsulate the cast in one place.
12221 ##### Example
12223 Sometimes, "cast away `const`" is to allow the updating of some transient information of an otherwise immutable object.
12224 Examples are caching, memoization, and precomputation.
12225 Such examples are often handled as well or better using `mutable` or an indirection than with a `const_cast`.
12227 Consider keeping previously computed results around for a costly operation:
12229     int compute(int x); // compute a value for x; assume this to be costly
12231     class Cache {   // some type implementing a cache for an int->int operation
12232     public:
12233         pair<bool, int> find(int x) const;   // is there a value for x?
12234         void set(int x, int v);             // make y the value for x
12235         // ...
12236     private:
12237         // ...
12238     };
12240     class X {
12241     public:
12242         int get_val(int x)
12243         {
12244             auto p = cache.find(x);
12245             if (p.first) return p.second;
12246             int val = compute(x);
12247             cache.set(x, val); // insert value for x
12248             return val;
12249         }
12250         // ...
12251     private:
12252         Cache cache;
12253     };
12255 Here, `get_val()` is logically constant, so we would like to make it a `const` member.
12256 To do this we still need to mutate `cache`, so people sometimes resort to a `const_cast`:
12258     class X {   // Suspicious solution based on casting
12259     public:
12260         int get_val(int x) const
12261         {
12262             auto p = cache.find(x);
12263             if (p.first) return p.second;
12264             int val = compute(x);
12265             const_cast<Cache&>(cache).set(x, val);   // ugly
12266             return val;
12267         }
12268         // ...
12269     private:
12270         Cache cache;
12271     };
12273 Fortunately, there is a better solution:
12274 State that `cache` is mutable even for a `const` object:
12276     class X {   // better solution
12277     public:
12278         int get_val(int x) const
12279         {
12280             auto p = cache.find(x);
12281             if (p.first) return p.second;
12282             int val = compute(x);
12283             cache.set(x, val);
12284             return val;
12285         }
12286         // ...
12287     private:
12288         mutable Cache cache;
12289     };
12291 An alternative solution would be to store a pointer to the `cache`:
12293     class X {   // OK, but slightly messier solution
12294     public:
12295         int get_val(int x) const
12296         {
12297             auto p = cache->find(x);
12298             if (p.first) return p.second;
12299             int val = compute(x);
12300             cache->set(x, val);
12301             return val;
12302         }
12303         // ...
12304     private:
12305         unique_ptr<Cache> cache;
12306     };
12308 That solution is the most flexible, but requires explicit construction and destruction of `*cache`
12309 (most likely in the constructor and destructor of `X`).
12311 In any variant, we must guard against data races on the `cache` in multi-threaded code, possibly using a `std::mutex`.
12313 ##### Enforcement
12315 * Flag `const_cast`s.
12316 * This rule is part of the [type-safety profile](#Pro-type-constcast) for the related Profile.
12318 ### <a name="Res-range-checking"></a>ES.55: Avoid the need for range checking
12320 ##### Reason
12322 Constructs that cannot overflow do not overflow (and usually run faster):
12324 ##### Example
12326     for (auto& x : v)      // print all elements of v
12327         cout << x << '\n';
12329     auto p = find(v, x);   // find x in v
12331 ##### Enforcement
12333 Look for explicit range checks and heuristically suggest alternatives.
12335 ### <a name="Res-move"></a>ES.56: Write `std::move()` only when you need to explicitly move an object to another scope
12337 ##### Reason
12339 We move, rather than copy, to avoid duplication and for improved performance.
12341 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).
12343 ##### Notes
12345 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.
12347 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`.
12349 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.
12351 ##### Example, bad
12353     void sink(X&& x);   // sink takes ownership of x
12355     void user()
12356     {
12357         X x;
12358         // error: cannot bind an lvalue to a rvalue reference
12359         sink(x);
12360         // OK: sink takes the contents of x, x must now be assumed to be empty
12361         sink(std::move(x));
12363         // ...
12365         // probably a mistake
12366         use(x);
12367     }
12369 Usually, a `std::move()` is used as an argument to a `&&` parameter.
12370 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.
12372     void f()
12373     {
12374         string s1 = "supercalifragilisticexpialidocious";
12376         string s2 = s1;             // ok, takes a copy
12377         assert(s1 == "supercalifragilisticexpialidocious");  // ok
12379         // bad, if you want to keep using s1's value
12380         string s3 = move(s1);
12382         // bad, assert will likely fail, s1 likely changed
12383         assert(s1 == "supercalifragilisticexpialidocious");
12384     }
12386 ##### Example
12388     void sink(unique_ptr<widget> p);  // pass ownership of p to sink()
12390     void f()
12391     {
12392         auto w = make_unique<widget>();
12393         // ...
12394         sink(std::move(w));               // ok, give to sink()
12395         // ...
12396         sink(w);    // Error: unique_ptr is carefully designed so that you cannot copy it
12397     }
12399 ##### Notes
12401 `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.
12402 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.
12404 Never write `std::move()` just because you've heard "it's more efficient."
12405 In general, don't believe claims of "efficiency" without data (???).
12406 In general, don't complicate your code without reason (??).
12407 Never write `std::move()` on a const object, it is silently transformed into a copy (see Item 23 in [Meyers15](#Meyers15))
12409 ##### Example, bad
12411     vector<int> make_vector()
12412     {
12413         vector<int> result;
12414         // ... load result with data
12415         return std::move(result);       // bad; just write "return result;"
12416     }
12418 Never write `return move(local_variable);`, because the language already knows the variable is a move candidate.
12419 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.
12422 ##### Example, bad
12424     vector<int> v = std::move(make_vector());   // bad; the std::move is entirely redundant
12426 Never write `move` on a returned value such as `x = move(f());` where `f` returns by value.
12427 The language already knows that a returned value is a temporary object that can be moved from.
12429 ##### Example
12431     void mover(X&& x)
12432     {
12433         call_something(std::move(x));         // ok
12434         call_something(std::forward<X>(x));   // bad, don't std::forward an rvalue reference
12435         call_something(x);                    // suspicious, why not std::move?
12436     }
12438     template<class T>
12439     void forwarder(T&& t)
12440     {
12441         call_something(std::move(t));         // bad, don't std::move a forwarding reference
12442         call_something(std::forward<T>(t));   // ok
12443         call_something(t);                    // suspicious, why not std::forward?
12444     }
12446 ##### Enforcement
12448 * 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.
12449 * Flag functions taking an `S&&` parameter if there is no `const S&` overload to take care of lvalues.
12450 * Flag a `std::move`d argument passed to a parameter, except when the parameter type is an `X&&` rvalue reference or the type is move-only and the parameter is passed by value.
12451 * Flag when `std::move` is applied to a forwarding reference (`T&&` where `T` is a template parameter type). Use `std::forward` instead.
12452 * Flag when `std::move` is applied to other than an rvalue reference to non-const. (More general case of the previous rule to cover the non-forwarding cases.)
12453 * Flag when `std::forward` is applied to an rvalue reference (`X&&` where `X` is a non-template parameter type). Use `std::move` instead.
12454 * 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.)
12455 * 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.
12457 ### <a name="Res-new"></a>ES.60: Avoid `new` and `delete` outside resource management functions
12459 ##### Reason
12461 Direct resource management in application code is error-prone and tedious.
12463 ##### Note
12465 This is also known as the rule of "No naked `new`!"
12467 ##### Example, bad
12469     void f(int n)
12470     {
12471         auto p = new X[n];   // n default constructed Xs
12472         // ...
12473         delete[] p;
12474     }
12476 There can be code in the `...` part that causes the `delete` never to happen.
12478 **See also**: [R: Resource management](#S-resource)
12480 ##### Enforcement
12482 Flag naked `new`s and naked `delete`s.
12484 ### <a name="Res-del"></a>ES.61: Delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`
12486 ##### Reason
12488 That's what the language requires, and mismatches can lead to resource release errors and/or memory corruption.
12490 ##### Example, bad
12492     void f(int n)
12493     {
12494         auto p = new X[n];   // n default constructed Xs
12495         // ...
12496         delete p;   // error: just delete the object p, rather than delete the array p[]
12497     }
12499 ##### Note
12501 This example not only violates the [no naked `new` rule](#Res-new) as in the previous example, it has many more problems.
12503 ##### Enforcement
12505 * Flag mismatched `new` and `delete` if they are in the same scope.
12506 * Flag mismatched `new` and `delete` if they are in a constructor/destructor pair.
12508 ### <a name="Res-arr2"></a>ES.62: Don't compare pointers into different arrays
12510 ##### Reason
12512 The result of doing so is undefined.
12514 ##### Example, bad
12516     void f()
12517     {
12518         int a1[7];
12519         int a2[9];
12520         if (&a1[5] < &a2[7]) {}       // bad: undefined
12521         if (0 < &a1[5] - &a2[7]) {}   // bad: undefined
12522     }
12524 ##### Note
12526 This example has many more problems.
12528 ##### Enforcement
12532 ### <a name="Res-slice"></a>ES.63: Don't slice
12534 ##### Reason
12536 Slicing -- that is, copying only part of an object using assignment or initialization -- most often leads to errors because
12537 the object was meant to be considered as a whole.
12538 In the rare cases where the slicing was deliberate the code can be surprising.
12540 ##### Example
12542     class Shape { /* ... */ };
12543     class Circle : public Shape { /* ... */ Point c; int r; };
12545     Circle c { {0, 0}, 42 };
12546     Shape s {c};    // copy construct only the Shape part of Circle
12547     s = c;          // or copy assign only the Shape part of Circle
12549     void assign(const Shape& src, Shape& dest)
12550     {
12551         dest = src;
12552     }
12553     Circle c2 { {1, 1}, 43 };
12554     assign(c, c2);   // oops, not the whole state is transferred
12555     assert(c == c2); // if we supply copying, we should also provide comparison,
12556                      // but this will likely return false
12558 The result will be meaningless because the center and radius will not be copied from `c` into `s`.
12559 The first defense against this is to [define the base class `Shape` not to allow this](#Rc-copy-virtual).
12561 ##### Alternative
12563 If you mean to slice, define an explicit operation to do so.
12564 This saves readers from confusion.
12565 For example:
12567     class Smiley : public Circle {
12568         public:
12569         Circle copy_circle();
12570         // ...
12571     };
12573     Smiley sm { /* ... */ };
12574     Circle c1 {sm};  // ideally prevented by the definition of Circle
12575     Circle c2 {sm.copy_circle()};
12577 ##### Enforcement
12579 Warn against slicing.
12581 ### <a name="Res-construct"></a>ES.64: Use the `T{e}`notation for construction
12583 ##### Reason
12585 The `T{e}` construction syntax makes it explicit that construction is desired.
12586 The `T{e}` construction syntax doesn't allow narrowing.
12587 `T{e}` is the only safe and general expression for constructing a value of type `T` from an expression `e`.
12588 The casts notations `T(e)` and `(T)e` are neither safe nor general.
12590 ##### Example
12592 For built-in types, the construction notation protects against narrowing and reinterpretation
12594     void use(char ch, int i, double d, char* p, long long lng)
12595     {
12596         int x1 = int{ch};     // OK, but redundant
12597         int x2 = int{d};      // error: double->int narrowing; use a cast if you need to
12598         int x3 = int{p};      // error: pointer to->int; use a reinterpret_cast if you really need to
12599         int x4 = int{lng};    // error: long long->int narrowing; use a cast if you need to
12601         int y1 = int(ch);     // OK, but redundant
12602         int y2 = int(d);      // bad: double->int narrowing; use a cast if you need to
12603         int y3 = int(p);      // bad: pointer to->int; use a reinterpret_cast if you really need to
12604         int y4 = int(lng);    // bad: long long->int narrowing; use a cast if you need to
12606         int z1 = (int)ch;     // OK, but redundant
12607         int z2 = (int)d;      // bad: double->int narrowing; use a cast if you need to
12608         int z3 = (int)p;      // bad: pointer to->int; use a reinterpret_cast if you really need to
12609         int z4 = (int)lng;    // bad: long long->int narrowing; use a cast if you need to
12610     }
12612 The integer to/from pointer conversions are implementation defined when using the `T(e)` or `(T)e` notations, and non-portable
12613 between platforms with different integer and pointer sizes.
12615 ##### Note
12617 [Avoid casts](#Res-casts) (explicit type conversion) and if you must [prefer named casts](#Res-casts-named).
12619 ##### Note
12621 When unambiguous, the `T` can be left out of `T{e}`.
12623     complex<double> f(complex<double>);
12625     auto z = f({2*pi, 1});
12627 ##### Note
12629 The construction notation is the most general [initializer notation](#Res-list).
12631 ##### Exception
12633 `std::vector` and other containers were defined before we had `{}` as a notation for construction.
12634 Consider:
12636     vector<string> vs {10};                           // ten empty strings
12637     vector<int> vi1 {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};  // ten elements 1..10
12638     vector<int> vi2 {10};                             // one element with the value 10
12640 How do we get a `vector` of 10 default initialized `int`s?
12642     vector<int> v3(10); // ten elements with value 0
12644 The use of `()` rather than `{}` for number of elements is conventional (going back to the early 1980s), hard to change, but still
12645 a design error: for a container where the element type can be confused with the number of elements, we have an ambiguity that
12646 must be resolved.
12647 The conventional resolution is to interpret `{10}` as a list of one element and use `(10)` to distinguish a size.
12649 This mistake need not be repeated in new code.
12650 We can define a type to represent the number of elements:
12652     struct Count { int n; };
12654     template<typename T>
12655     class Vector {
12656     public:
12657         Vector(Count n);                     // n default-initialized elements
12658         Vector(initializer_list<T> init);    // init.size() elements
12659         // ...
12660     };
12662     Vector<int> v1{10};
12663     Vector<int> v2{Count{10}};
12664     Vector<Count> v3{Count{10}};    // yes, there is still a very minor problem
12666 The main problem left is to find a suitable name for `Count`.
12668 ##### Enforcement
12670 Flag the C-style `(T)e` and functional-style `T(e)` casts.
12673 ### <a name="Res-deref"></a>ES.65: Don't dereference an invalid pointer
12675 ##### Reason
12677 Dereferencing an invalid pointer, such as `nullptr`, is undefined behavior, typically leading to immediate crashes,
12678 wrong results, or memory corruption.
12680 ##### Note
12682 By pointer here we mean any indirection to an object, including equivalently an iterator or view.
12684 ##### Note
12686 This rule is an obvious and well-known language rule, but can be hard to follow.
12687 It takes good coding style, library support, and static analysis to eliminate violations without major overhead.
12688 This is a major part of the discussion of [C++'s model for type- and resource-safety](#Stroustrup15).
12690 **See also**:
12692 * Use [RAII](#Rr-raii) to avoid lifetime problems.
12693 * Use [unique_ptr](#Rf-unique_ptr) to avoid lifetime problems.
12694 * Use [shared_ptr](#Rf-shared_ptr) to avoid lifetime problems.
12695 * Use [references](#Rf-ptr-ref) when `nullptr` isn't a possibility.
12696 * Use [not_null](#Rf-nullptr) to catch unexpected `nullptr` early.
12697 * Use the [bounds profile](#SS-bounds) to avoid range errors.
12700 ##### Example
12702     void f()
12703     {
12704         int x = 0;
12705         int* p = &x;
12707         if (condition()) {
12708             int y = 0;
12709             p = &y;
12710         } // invalidates p
12712         *p = 42;            // BAD, p might be invalid if the branch was taken
12713     }
12715 To resolve the problem, either extend the lifetime of the object the pointer is intended to refer to, or shorten the lifetime of the pointer (move the dereference to before the pointed-to object's lifetime ends).
12717     void f1()
12718     {
12719         int x = 0;
12720         int* p = &x;
12722         int y = 0;
12723         if (condition()) {
12724             p = &y;
12725         }
12727         *p = 42;            // OK, p points to x or y and both are still in scope
12728     }
12730 Unfortunately, most invalid pointer problems are harder to spot and harder to fix.
12732 ##### Example
12734     void f(int* p)
12735     {
12736         int x = *p; // BAD: how do we know that p is valid?
12737     }
12739 There is a huge amount of such code.
12740 Most works -- after lots of testing -- but in isolation it is impossible to tell whether `p` could be the `nullptr`.
12741 Consequently, this is also a major source of errors.
12742 There are many approaches to dealing with this potential problem:
12744     void f1(int* p) // deal with nullptr
12745     {
12746         if (!p) {
12747             // deal with nullptr (allocate, return, throw, make p point to something, whatever
12748         }
12749         int x = *p;
12750     }
12752 There are two potential problems with testing for `nullptr`:
12754 * it is not always obvious what to do if we find `nullptr`
12755 * the test can be redundant and/or relatively expensive
12756 * it is not obvious if the test is to protect against a violation or part of the required logic.
12758 <!-- comment needed for code block after list -->
12759     void f2(int* p) // state that p is not supposed to be nullptr
12760     {
12761         assert(p);
12762         int x = *p;
12763     }
12765 This would carry a cost only when the assertion checking was enabled and would give a compiler/analyzer useful information.
12766 This would work even better if/when C++ gets direct support for contracts:
12768     void f3(int* p) // state that p is not supposed to be nullptr
12769         [[expects: p]]
12770     {
12771         int x = *p;
12772     }
12774 Alternatively, we could use `gsl::not_null` to ensure that `p` is not the `nullptr`.
12776     void f(not_null<int*> p)
12777     {
12778         int x = *p;
12779     }
12781 These remedies take care of `nullptr` only.
12782 Remember that there are other ways of getting an invalid pointer.
12784 ##### Example
12786     void f(int* p)  // old code, doesn't use owner
12787     {
12788         delete p;
12789     }
12791     void g()        // old code: uses naked new
12792     {
12793         auto q = new int{7};
12794         f(q);
12795         int x = *q; // BAD: dereferences invalid pointer
12796     }
12798 ##### Example
12800     void f()
12801     {
12802         vector<int> v(10);
12803         int* p = &v[5];
12804         v.push_back(99); // could reallocate v's elements
12805         int x = *p; // BAD: dereferences potentially invalid pointer
12806     }
12808 ##### Enforcement
12810 This rule is part of the [lifetime safety profile](#SS-lifetime)
12812 * Flag a dereference of a pointer that points to an object that has gone out of scope
12813 * Flag a dereference of a pointer that might have been invalidated by assigning a `nullptr`
12814 * Flag a dereference of a pointer that might have been invalidated by a `delete`
12815 * Flag a dereference to a pointer to a container element that might have been invalidated by dereference
12818 ## ES.stmt: Statements
12820 Statements control the flow of control (except for function calls and exception throws, which are expressions).
12822 ### <a name="Res-switch-if"></a>ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice
12824 ##### Reason
12826 * Readability.
12827 * Efficiency: A `switch` compares against constants and is usually better optimized than a series of tests in an `if`-`then`-`else` chain.
12828 * A `switch` enables some heuristic consistency checking. For example, have all values of an `enum` been covered? If not, is there a `default`?
12830 ##### Example
12832     void use(int n)
12833     {
12834         switch (n) {   // good
12835         case 0:
12836             // ...
12837             break;
12838         case 7:
12839             // ...
12840             break;
12841         default:
12842             // ...
12843             break;
12844         }
12845     }
12847 rather than:
12849     void use2(int n)
12850     {
12851         if (n == 0)   // bad: if-then-else chain comparing against a set of constants
12852             // ...
12853         else if (n == 7)
12854             // ...
12855     }
12857 ##### Enforcement
12859 Flag `if`-`then`-`else` chains that check against constants (only).
12861 ### <a name="Res-for-range"></a>ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice
12863 ##### Reason
12865 Readability. Error prevention. Efficiency.
12867 ##### Example
12869     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i)   // bad
12870         cout << v[i] << '\n';
12872     for (auto p = v.begin(); p != v.end(); ++p)   // bad
12873         cout << *p << '\n';
12875     for (auto& x : v)    // OK
12876         cout << x << '\n';
12878     for (gsl::index i = 1; i < v.size(); ++i) // touches two elements: can't be a range-for
12879         cout << v[i] + v[i - 1] << '\n';
12881     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i) // possible side effect: can't be a range-for
12882         cout << f(v, &v[i]) << '\n';
12884     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i) { // body messes with loop variable: can't be a range-for
12885         if (i % 2 != 0)
12886             cout << v[i] << '\n'; // output odd elements
12887     }
12889 A human or a good static analyzer might determine that there really isn't a side effect on `v` in `f(v, &v[i])` so that the loop can be rewritten.
12891 "Messing with the loop variable" in the body of a loop is typically best avoided.
12893 ##### Note
12895 Don't use expensive copies of the loop variable of a range-`for` loop:
12897     for (string s : vs) // ...
12899 This will copy each element of `vs` into `s`. Better:
12901     for (string& s : vs) // ...
12903 Better still, if the loop variable isn't modified or copied:
12905     for (const string& s : vs) // ...
12907 ##### Enforcement
12909 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.
12911 ### <a name="Res-for-while"></a>ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable
12913 ##### Reason
12915 Readability: the complete logic of the loop is visible "up front". The scope of the loop variable can be limited.
12917 ##### Example
12919     for (gsl::index i = 0; i < vec.size(); i++) {
12920         // do work
12921     }
12923 ##### Example, bad
12925     int i = 0;
12926     while (i < vec.size()) {
12927         // do work
12928         i++;
12929     }
12931 ##### Enforcement
12935 ### <a name="Res-while-for"></a>ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable
12937 ##### Reason
12939 Readability.
12941 ##### Example
12943     int events = 0;
12944     for (; wait_for_event(); ++events) {  // bad, confusing
12945         // ...
12946     }
12948 The "event loop" is misleading because the `events` counter has nothing to do with the loop condition (`wait_for_event()`).
12949 Better
12951     int events = 0;
12952     while (wait_for_event()) {      // better
12953         ++events;
12954         // ...
12955     }
12957 ##### Enforcement
12959 Flag actions in `for`-initializers and `for`-increments that do not relate to the `for`-condition.
12961 ### <a name="Res-for-init"></a>ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of a `for`-statement
12963 See [ES.6](#Res-cond)
12965 ### <a name="Res-do"></a>ES.75: Avoid `do`-statements
12967 ##### Reason
12969 Readability, avoidance of errors.
12970 The termination condition is at the end (where it can be overlooked) and the condition is not checked the first time through.
12972 ##### Example
12974     int x;
12975     do {
12976         cin >> x;
12977         // ...
12978     } while (x < 0);
12980 ##### Note
12982 Yes, there are genuine examples where a `do`-statement is a clear statement of a solution, but also many bugs.
12984 ##### Enforcement
12986 Flag `do`-statements.
12988 ### <a name="Res-goto"></a>ES.76: Avoid `goto`
12990 ##### Reason
12992 Readability, avoidance of errors. There are better control structures for humans; `goto` is for machine generated code.
12994 ##### Exception
12996 Breaking out of a nested loop.
12997 In that case, always jump forwards.
12999     for (int i = 0; i < imax; ++i)
13000         for (int j = 0; j < jmax; ++j) {
13001             if (a[i][j] > elem_max) goto finished;
13002             // ...
13003         }
13004     finished:
13005     // ...
13007 ##### Example, bad
13009 There is a fair amount of use of the C goto-exit idiom:
13011     void f()
13012     {
13013         // ...
13014             goto exit;
13015         // ...
13016             goto exit;
13017         // ...
13018     exit:
13019         // ... common cleanup code ...
13020     }
13022 This is an ad-hoc simulation of destructors.
13023 Declare your resources with handles with destructors that clean up.
13024 If for some reason you cannot handle all cleanup with destructors for the variables used,
13025 consider `gsl::finally()` as a cleaner and more reliable alternative to `goto exit`
13027 ##### Enforcement
13029 * 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.
13031 ### <a name="Res-continue"></a>ES.77: Minimize the use of `break` and `continue` in loops
13033 ##### Reason
13035  In a non-trivial loop body, it is easy to overlook a `break` or a `continue`.
13037  A `break` in a loop has a dramatically different meaning than a `break` in a `switch`-statement
13038  (and you can have `switch`-statement in a loop and a loop in a `switch`-case).
13040 ##### Example
13042     switch(x) {
13043     case 1 :
13044         while (/* some condition */) {
13045             // ...
13046         break;
13047         } // Oops! break switch or break while intended?
13048     case 2 :
13049         // ...
13050         break;
13051     }
13053 ##### Alternative
13055 Often, a loop that requires a `break` is a good candidate for a function (algorithm), in which case the `break` becomes a `return`.
13057     //Original code: break inside loop
13058     void use1()
13059     {
13060         std::vector<T> vec = {/* initialized with some values */};
13061         T value;
13062         for (const T item : vec) {
13063             if (/* some condition*/) {
13064                 value = item;
13065                 break;
13066             }
13067         }
13068         /* then do something with value */
13069     }
13071     //BETTER: create a function and return inside loop
13072     T search(const std::vector<T> &vec)
13073     {
13074         for (const T &item : vec) {
13075             if (/* some condition*/) return item;
13076         }
13077         return T(); //default value
13078     }
13080     void use2()
13081     {
13082         std::vector<T> vec = {/* initialized with some values */};
13083         T value = search(vec);
13084         /* then do something with value */
13085     }
13087 Often, a loop that uses `continue` can equivalently and as clearly be expressed by an `if`-statement.
13089     for (int item : vec) {  // BAD
13090         if (item%2 == 0) continue;
13091         if (item == 5) continue;
13092         if (item > 10) continue;
13093         /* do something with item */
13094     }
13096     for (int item : vec) {  // GOOD
13097         if (item%2 != 0 && item != 5 && item <= 10) {
13098             /* do something with item */
13099         }
13100     }
13102 ##### Note
13104 If you really need to break out a loop, a `break` is typically better than alternatives such as [modifying the loop variable](#Res-loop-counter) or a [`goto`](#Res-goto):
13107 ##### Enforcement
13111 ### <a name="Res-break"></a>ES.78: Don't rely on implicit fallthrough in `switch` statements
13113 ##### Reason
13115 Always end a non-empty `case` with a `break`. Accidentally leaving out a `break` is a fairly common bug.
13116 A deliberate fallthrough can be a maintenance hazard and should be rare and explicit.
13118 ##### Example
13120     switch (eventType) {
13121     case Information:
13122         update_status_bar();
13123         break;
13124     case Warning:
13125         write_event_log();
13126         // Bad - implicit fallthrough
13127     case Error:
13128         display_error_window();
13129         break;
13130     }
13132 Multiple case labels of a single statement is OK:
13134     switch (x) {
13135     case 'a':
13136     case 'b':
13137     case 'f':
13138         do_something(x);
13139         break;
13140     }
13142 Return statements in a case label are also OK:
13144     switch (x) {
13145     case 'a':
13146         return 1;
13147     case 'b':
13148         return 2;
13149     case 'c':
13150         return 3;
13151     }
13153 ##### Exceptions
13155 In rare cases if fallthrough is deemed appropriate, be explicit and use the `[[fallthrough]]` annotation:
13157     switch (eventType) {
13158     case Information:
13159         update_status_bar();
13160         break;
13161     case Warning:
13162         write_event_log();
13163         [[fallthrough]];
13164     case Error:
13165         display_error_window();
13166         break;
13167     }
13169 ##### Note
13171 ##### Enforcement
13173 Flag all implicit fallthroughs from non-empty `case`s.
13176 ### <a name="Res-default"></a>ES.79: Use `default` to handle common cases (only)
13178 ##### Reason
13180  Code clarity.
13181  Improved opportunities for error detection.
13183 ##### Example
13185     enum E { a, b, c, d };
13187     void f1(E x)
13188     {
13189         switch (x) {
13190         case a:
13191             do_something();
13192             break;
13193         case b:
13194             do_something_else();
13195             break;
13196         default:
13197             take_the_default_action();
13198             break;
13199         }
13200     }
13202 Here it is clear that there is a default action and that cases `a` and `b` are special.
13204 ##### Example
13206 But what if there is no default action and you mean to handle only specific cases?
13207 In that case, have an empty default or else it is impossible to know if you meant to handle all cases:
13209     void f2(E x)
13210     {
13211         switch (x) {
13212         case a:
13213             do_something();
13214             break;
13215         case b:
13216             do_something_else();
13217             break;
13218         default:
13219             // do nothing for the rest of the cases
13220             break;
13221         }
13222     }
13224 If you leave out the `default`, a maintainer and/or a compiler might reasonably assume that you intended to handle all cases:
13226     void f2(E x)
13227     {
13228         switch (x) {
13229         case a:
13230             do_something();
13231             break;
13232         case b:
13233         case c:
13234             do_something_else();
13235             break;
13236         }
13237     }
13239 Did you forget case `d` or deliberately leave it out?
13240 Forgetting a case typically happens when a case is added to an enumeration and the person doing so fails to add it to every
13241 switch over the enumerators.
13243 ##### Enforcement
13245 Flag `switch`-statements over an enumeration that don't handle all enumerators and do not have a `default`.
13246 This might yield too many false positives in some code bases; if so, flag only `switch`es that handle most but not all cases
13247 (that was the strategy of the very first C++ compiler).
13249 ### <a name="Res-noname"></a>ES.84: Don't try to declare a local variable with no name
13251 ##### Reason
13253 There is no such thing.
13254 What looks to a human like a variable without a name is to the compiler a statement consisting of a temporary that immediately goes out of scope.
13256 ##### Example, bad
13258     void f()
13259     {
13260         lock_guard<mutex>{mx};   // Bad
13261         // ...
13262     }
13264 This declares an unnamed `lock_guard` object that immediately goes out of scope at the point of the semicolon.
13265 This is not an uncommon mistake.
13266 In particular, this particular example can lead to hard-to find race conditions.
13268 ##### Note
13270 Unnamed function arguments are fine.
13272 ##### Enforcement
13274 Flag statements that are just a temporary.
13276 ### <a name="Res-empty"></a>ES.85: Make empty statements visible
13278 ##### Reason
13280 Readability.
13282 ##### Example
13284     for (i = 0; i < max; ++i);   // BAD: the empty statement is easily overlooked
13285     v[i] = f(v[i]);
13287     for (auto x : v) {           // better
13288         // nothing
13289     }
13290     v[i] = f(v[i]);
13292 ##### Enforcement
13294 Flag empty statements that are not blocks and don't contain comments.
13296 ### <a name="Res-loop-counter"></a>ES.86: Avoid modifying loop control variables inside the body of raw for-loops
13298 ##### Reason
13300 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.
13302 ##### Example
13304     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
13305         // no updates to i -- ok
13306     }
13308     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
13309         //
13310         if (/* something */) ++i; // BAD
13311         //
13312     }
13314     bool skip = false;
13315     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
13316         if (skip) { skip = false; continue; }
13317         //
13318         if (/* something */) skip = true;  // Better: using two variables for two concepts.
13319         //
13320     }
13322 ##### Enforcement
13324 Flag variables that are potentially updated (have a non-`const` use) in both the loop control iteration-expression and the loop body.
13327 ### <a name="Res-if"></a>ES.87: Don't add redundant `==` or `!=` to conditions
13329 ##### Reason
13331 Doing so avoids verbosity and eliminates some opportunities for mistakes.
13332 Helps make style consistent and conventional.
13334 ##### Example
13336 By definition, a condition in an `if`-statement, `while`-statement, or a `for`-statement selects between `true` and `false`.
13337 A numeric value is compared to `0` and a pointer value to `nullptr`.
13339     // These all mean "if p is not nullptr"
13340     if (p) { ... }            // good
13341     if (p != 0) { ... }       // redundant !=0, bad: don't use 0 for pointers
13342     if (p != nullptr) { ... } // redundant !=nullptr, not recommended
13344 Often, `if (p)` is read as "if `p` is valid" which is a direct expression of the programmers intent,
13345 whereas `if (p != nullptr)` would be a long-winded workaround.
13347 ##### Example
13349 This rule is especially useful when a declaration is used as a condition
13351     if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) { ... } // execute if ps points to a kind of Circle, good
13353     if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps); pc != nullptr) { ... } // not recommended
13355 ##### Example
13357 Note that implicit conversions to bool are applied in conditions.
13358 For example:
13360     for (string s; cin >> s; ) v.push_back(s);
13362 This invokes `istream`'s `operator bool()`.
13364 ##### Note
13366 Explicit comparison of an integer to `0` is in general not redundant.
13367 The reason is that (as opposed to pointers and Booleans) an integer often has more than two reasonable values.
13368 Furthermore `0` (zero) is often used to indicate success.
13369 Consequently, it is best to be specific about the comparison.
13371     void f(int i)
13372     {
13373         if (i)            // suspect
13374         // ...
13375         if (i == success) // possibly better
13376         // ...
13377     }
13379 Always remember that an integer can have more than two values.
13381 ##### Example, bad
13383 It has been noted that
13385     if(strcmp(p1, p2)) { ... }   // are the two C-style strings equal? (mistake!)
13387 is a common beginners error.
13388 If you use C-style strings, you must know the `<cstring>` functions well.
13389 Being verbose and writing
13391     if(strcmp(p1, p2) != 0) { ... }   // are the two C-style strings equal? (mistake!)
13393 would not in itself save you.
13395 ##### Note
13397 The opposite condition is most easily expressed using a negation:
13399     // These all mean "if p is nullptr"
13400     if (!p) { ... }           // good
13401     if (p == 0) { ... }       // redundant == 0, bad: don't use 0 for pointers
13402     if (p == nullptr) { ... } // redundant == nullptr, not recommended
13404 ##### Enforcement
13406 Easy, just check for redundant use of `!=` and `==` in conditions.
13410 ## <a name="SS-numbers"></a>Arithmetic
13412 ### <a name="Res-mix"></a>ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic
13414 ##### Reason
13416 Avoid wrong results.
13418 ##### Example
13420     int x = -3;
13421     unsigned int y = 7;
13423     cout << x - y << '\n';  // unsigned result, possibly 4294967286
13424     cout << x + y << '\n';  // unsigned result: 4
13425     cout << x * y << '\n';  // unsigned result, possibly 4294967275
13427 It is harder to spot the problem in more realistic examples.
13429 ##### Note
13431 Unfortunately, C++ uses signed integers for array subscripts and the standard library uses unsigned integers for container subscripts.
13432 This precludes consistency. Use `gsl::index` for subscripts; [see ES.107](#Res-subscripts).
13434 ##### Enforcement
13436 * Compilers already know and sometimes warn.
13437 * (To avoid noise) Do not flag on a mixed signed/unsigned comparison where one of the arguments is `sizeof` or a call to container `.size()` and the other is `ptrdiff_t`.
13440 ### <a name="Res-unsigned"></a>ES.101: Use unsigned types for bit manipulation
13442 ##### Reason
13444 Unsigned types support bit manipulation without surprises from sign bits.
13446 ##### Example
13448     unsigned char x = 0b1010'1010;
13449     unsigned char y = ~x;   // y == 0b0101'0101;
13451 ##### Note
13453 Unsigned types can also be useful for modular arithmetic.
13454 However, if you want modular arithmetic add
13455 comments as necessary noting the reliance on wraparound behavior, as such code
13456 can be surprising for many programmers.
13458 ##### Enforcement
13460 * Just about impossible in general because of the use of unsigned subscripts in the standard library
13461 * ???
13463 ### <a name="Res-signed"></a>ES.102: Use signed types for arithmetic
13465 ##### Reason
13467 Because most arithmetic is assumed to be signed;
13468 `x - y` yields a negative number when `y > x` except in the rare cases where you really want modular arithmetic.
13470 ##### Example
13472 Unsigned arithmetic can yield surprising results if you are not expecting it.
13473 This is even more true for mixed signed and unsigned arithmetic.
13475     template<typename T, typename T2>
13476     T subtract(T x, T2 y)
13477     {
13478         return x - y;
13479     }
13481     void test()
13482     {
13483         int s = 5;
13484         unsigned int us = 5;
13485         cout << subtract(s, 7) << '\n';       // -2
13486         cout << subtract(us, 7u) << '\n';     // 4294967294
13487         cout << subtract(s, 7u) << '\n';      // -2
13488         cout << subtract(us, 7) << '\n';      // 4294967294
13489         cout << subtract(s, us + 2) << '\n';  // -2
13490         cout << subtract(us, s + 2) << '\n';  // 4294967294
13491     }
13493 Here we have been very explicit about what's happening,
13494 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`?
13496 ##### Exception
13498 Use unsigned types if you really want modular arithmetic - add
13499 comments as necessary noting the reliance on overflow behavior, as such code
13500 is going to be surprising for many programmers.
13502 ##### Example
13504 The standard library uses unsigned types for subscripts.
13505 The built-in array uses signed types for subscripts.
13506 This makes surprises (and bugs) inevitable.
13508     int a[10];
13509     for (int i = 0; i < 10; ++i) a[i] = i;
13510     vector<int> v(10);
13511     // compares signed to unsigned; some compilers warn, but we should not
13512     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i) v[i] = i;
13514     int a2[-2];         // error: negative size
13516     // OK, but the number of ints (4294967294) is so large that we should get an exception
13517     vector<int> v2(-2);
13519  Use `gsl::index` for subscripts; [see ES.107](#Res-subscripts).
13521 ##### Enforcement
13523 * Flag mixed signed and unsigned arithmetic
13524 * Flag results of unsigned arithmetic assigned to or printed as signed.
13525 * Flag negative literals (e.g. `-2`) used as container subscripts.
13526 * (To avoid noise) Do not flag on a mixed signed/unsigned comparison where one of the arguments is `sizeof` or a call to container `.size()` and the other is `ptrdiff_t`.
13529 ### <a name="Res-overflow"></a>ES.103: Don't overflow
13531 ##### Reason
13533 Overflow usually makes your numeric algorithm meaningless.
13534 Incrementing a value beyond a maximum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
13536 ##### Example, bad
13538     int a[10];
13539     a[10] = 7;   // bad, array bounds overflow
13541     for (int n = 0; n <= 10; ++n)
13542         a[n] = 9;   // bad, array bounds overflow
13544 ##### Example, bad
13546     int n = numeric_limits<int>::max();
13547     int m = n + 1;   // bad, numeric overflow
13549 ##### Example, bad
13551     int area(int h, int w) { return h * w; }
13553     auto a = area(10'000'000, 100'000'000);   // bad, numeric overflow
13555 ##### Exception
13557 Use unsigned types if you really want modular arithmetic.
13559 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
13561 ##### Enforcement
13565 ### <a name="Res-underflow"></a>ES.104: Don't underflow
13567 ##### Reason
13569 Decrementing a value beyond a minimum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
13571 ##### Example, bad
13573     int a[10];
13574     a[-2] = 7;   // bad
13576     int n = 101;
13577     while (n--)
13578         a[n - 1] = 9;   // bad (twice)
13580 ##### Exception
13582 Use unsigned types if you really want modular arithmetic.
13584 ##### Enforcement
13588 ### <a name="Res-zero"></a>ES.105: Don't divide by integer zero
13590 ##### Reason
13592 The result is undefined and probably a crash.
13594 ##### Note
13596 This also applies to `%`.
13598 ##### Example, bad
13600     int divide(int a, int b)
13601     {
13602         // BAD, should be checked (e.g., in a precondition)
13603         return a / b;
13604     }
13606 ##### Example, good
13608     int divide(int a, int b)
13609     {
13610         // good, address via precondition (and replace with contracts once C++ gets them)
13611         Expects(b != 0);
13612         return a / b;
13613     }
13615     double divide(double a, double b)
13616     {
13617         // good, address via using double instead
13618         return a / b;
13619     }
13621 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
13623 ##### Enforcement
13625 * Flag division by an integral value that could be zero
13628 ### <a name="Res-nonnegative"></a>ES.106: Don't try to avoid negative values by using `unsigned`
13630 ##### Reason
13632 Choosing `unsigned` implies many changes to the usual behavior of integers, including modular arithmetic,
13633 can suppress warnings related to overflow,
13634 and opens the door for errors related to signed/unsigned mixes.
13635 Using `unsigned` doesn't actually eliminate the possibility of negative values.
13637 ##### Example
13639     unsigned int u1 = -2;   // Valid: the value of u1 is 4294967294
13640     int i1 = -2;
13641     unsigned int u2 = i1;   // Valid: the value of u2 is 4294967294
13642     int i2 = u2;            // Valid: the value of i2 is -2
13644 These problems with such (perfectly legal) constructs are hard to spot in real code and are the source of many real-world errors.
13645 Consider:
13647     unsigned area(unsigned height, unsigned width) { return height*width; } // [see also](#Ri-expects)
13648     // ...
13649     int height;
13650     cin >> height;
13651     auto a = area(height, 2);   // if the input is -2 a becomes 4294967292
13653 Remember that `-1` when assigned to an `unsigned int` becomes the largest `unsigned int`.
13654 Also, since unsigned arithmetic is modular arithmetic the multiplication didn't overflow, it wrapped around.
13656 ##### Example
13658     unsigned max = 100000;    // "accidental typo", I mean to say 10'000
13659     unsigned short x = 100;
13660     while (x < max) x += 100; // infinite loop
13662 Had `x` been a signed `short`, we could have warned about the undefined behavior upon overflow.
13664 ##### Alternatives
13666 * use signed integers and check for `x >= 0`
13667 * use a positive integer type
13668 * use an integer subrange type
13669 * `Assert(-1 < x)`
13671 For example
13673     struct Positive {
13674         int val;
13675         Positive(int x) :val{x} { Assert(0 < x); }
13676         operator int() { return val; }
13677     };
13679     int f(Positive arg) { return arg; }
13681     int r1 = f(2);
13682     int r2 = f(-2);  // throws
13684 ##### Note
13688 ##### Enforcement
13690 See ES.100 Enforcements.
13693 ### <a name="Res-subscripts"></a>ES.107: Don't use `unsigned` for subscripts, prefer `gsl::index`
13695 ##### Reason
13697 To avoid signed/unsigned confusion.
13698 To enable better optimization.
13699 To enable better error detection.
13700 To avoid the pitfalls with `auto` and `int`.
13702 ##### Example, bad
13704     vector<int> vec = /*...*/;
13706     for (int i = 0; i < vec.size(); i += 2)                    // might not be big enough
13707         cout << vec[i] << '\n';
13708     for (unsigned i = 0; i < vec.size(); i += 2)               // risk wraparound
13709         cout << vec[i] << '\n';
13710     for (auto i = 0; i < vec.size(); i += 2)                   // might not be big enough
13711         cout << vec[i] << '\n';
13712     for (vector<int>::size_type i = 0; i < vec.size(); i += 2) // verbose
13713         cout << vec[i] << '\n';
13714     for (auto i = vec.size()-1; i >= 0; i -= 2)                // bug
13715         cout << vec[i] << '\n';
13716     for (int i = vec.size()-1; i >= 0; i -= 2)                 // might not be big enough
13717         cout << vec[i] << '\n';
13719 ##### Example, good
13721     vector<int> vec = /*...*/;
13723     for (gsl::index i = 0; i < vec.size(); i += 2)             // ok
13724         cout << vec[i] << '\n';
13725     for (gsl::index i = vec.size()-1; i >= 0; i -= 2)          // ok
13726         cout << vec[i] << '\n';
13728 ##### Note
13730 The built-in array allows signed subscripts.
13731 The standard-library containers use unsigned subscripts.
13732 Thus, no perfect and fully compatible solution is possible (unless and until the standard-library containers change to use signed subscripts someday in the future).
13733 Given the known problems with unsigned and signed/unsigned mixtures, better stick to (signed) integers of a sufficient size, which is guaranteed by `gsl::index`.
13735 ##### Example
13737     template<typename T>
13738     struct My_container {
13739     public:
13740         // ...
13741         T& operator[](gsl::index i);    // not unsigned
13742         // ...
13743     };
13745 ##### Example
13747     ??? demonstrate improved code generation and potential for error detection ???
13749 ##### Alternatives
13751 Alternatives for users
13753 * use algorithms
13754 * use range-for
13755 * use iterators/pointers
13757 ##### Enforcement
13759 * Very tricky as long as the standard-library containers get it wrong.
13760 * (To avoid noise) Do not flag on a mixed signed/unsigned comparison where one of the arguments is `sizeof` or a call to container `.size()` and the other is `ptrdiff_t`.
13765 # <a name="S-performance"></a>Per: Performance
13767 ??? should this section be in the main guide???
13769 This section contains rules for people who need high performance or low-latency.
13770 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.
13771 The rules in this section are more restrictive and intrusive than what is needed for many (most) applications.
13772 Do not naïvely try to follow them in general code: achieving the goals of low latency requires extra work.
13774 Performance rule summary:
13776 * [Per.1: Don't optimize without reason](#Rper-reason)
13777 * [Per.2: Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth)
13778 * [Per.3: Don't optimize something that's not performance critical](#Rper-critical)
13779 * [Per.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code](#Rper-simple)
13780 * [Per.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code](#Rper-low)
13781 * [Per.6: Don't make claims about performance without measurements](#Rper-measure)
13782 * [Per.7: Design to enable optimization](#Rper-efficiency)
13783 * [Per.10: Rely on the static type system](#Rper-type)
13784 * [Per.11: Move computation from run time to compile time](#Rper-Comp)
13785 * [Per.12: Eliminate redundant aliases](#Rper-alias)
13786 * [Per.13: Eliminate redundant indirections](#Rper-indirect)
13787 * [Per.14: Minimize the number of allocations and deallocations](#Rper-alloc)
13788 * [Per.15: Do not allocate on a critical branch](#Rper-alloc0)
13789 * [Per.16: Use compact data structures](#Rper-compact)
13790 * [Per.17: Declare the most used member of a time-critical struct first](#Rper-struct)
13791 * [Per.18: Space is time](#Rper-space)
13792 * [Per.19: Access memory predictably](#Rper-access)
13793 * [Per.30: Avoid context switches on the critical path](#Rper-context)
13795 ### <a name="Rper-reason"></a>Per.1: Don't optimize without reason
13797 ##### Reason
13799 If there is no need for optimization, the main result of the effort will be more errors and higher maintenance costs.
13801 ##### Note
13803 Some people optimize out of habit or because it's fun.
13807 ### <a name="Rper-Knuth"></a>Per.2: Don't optimize prematurely
13809 ##### Reason
13811 Elaborately optimized code is usually larger and harder to change than unoptimized code.
13815 ### <a name="Rper-critical"></a>Per.3: Don't optimize something that's not performance critical
13817 ##### Reason
13819 Optimizing a non-performance-critical part of a program has no effect on system performance.
13821 ##### Note
13823 If your program spends most of its time waiting for the web or for a human, optimization of in-memory computation is probably useless.
13825 Put another way: If your program spends 4% of its processing time doing
13826 computation A and 40% of its time doing computation B, a 50% improvement on A is
13827 only as impactful as a 5% improvement on B. (If you don't even know how much
13828 time is spent on A or B, see <a href="#Rper-reason">Per.1</a> and <a
13829 href="#Rper-Knuth">Per.2</a>.)
13831 ### <a name="Rper-simple"></a>Per.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code
13833 ##### Reason
13835 Simple code can be very fast. Optimizers sometimes do marvels with simple code
13837 ##### Example, good
13839     // clear expression of intent, fast execution
13841     vector<uint8_t> v(100000);
13843     for (auto& c : v)
13844         c = ~c;
13846 ##### Example, bad
13848     // intended to be faster, but is often slower
13850     vector<uint8_t> v(100000);
13852     for (size_t i = 0; i < v.size(); i += sizeof(uint64_t)) {
13853         uint64_t& quad_word = *reinterpret_cast<uint64_t*>(&v[i]);
13854         quad_word = ~quad_word;
13855     }
13857 ##### Note
13863 ### <a name="Rper-low"></a>Per.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code
13865 ##### Reason
13867 Low-level code sometimes inhibits optimizations. Optimizers sometimes do marvels with high-level code.
13869 ##### Note
13875 ### <a name="Rper-measure"></a>Per.6: Don't make claims about performance without measurements
13877 ##### Reason
13879 The field of performance is littered with myth and bogus folklore.
13880 Modern hardware and optimizers defy naive assumptions; even experts are regularly surprised.
13882 ##### Note
13884 Getting good performance measurements can be hard and require specialized tools.
13886 ##### Note
13888 A few simple microbenchmarks using Unix `time` or the standard-library `<chrono>` can help dispel the most obvious myths.
13889 If you can't measure your complete system accurately, at least try to measure a few of your key operations and algorithms.
13890 A profiler can help tell you which parts of your system are performance critical.
13891 Often, you will be surprised.
13895 ### <a name="Rper-efficiency"></a>Per.7: Design to enable optimization
13897 ##### Reason
13899 Because we often need to optimize the initial design.
13900 Because a design that ignores the possibility of later improvement is hard to change.
13902 ##### Example
13904 From the C (and C++) standard:
13906     void qsort (void* base, size_t num, size_t size, int (*compar)(const void*, const void*));
13908 When did you even want to sort memory?
13909 Really, we sort sequences of elements, typically stored in containers.
13910 A call to `qsort` throws away much useful information (e.g., the element type), forces the user to repeat information
13911 already known (e.g., the element size), and forces the user to write extra code (e.g., a function to compare `double`s).
13912 This implies added work for the programmer, is error-prone, and deprives the compiler of information needed for optimization.
13914     double data[100];
13915     // ... fill a ...
13917     // 100 chunks of memory of sizeof(double) starting at
13918     // address data using the order defined by compare_doubles
13919     qsort(data, 100, sizeof(double), compare_doubles);
13921 From the point of view of interface design, `qsort` throws away useful information.
13923 We can do better (in C++98)
13925     template<typename Iter>
13926         void sort(Iter b, Iter e);  // sort [b:e)
13928     sort(data, data + 100);
13930 Here, we use the compiler's knowledge about the size of the array, the type of elements, and how to compare `double`s.
13932 With C++20, we can do better still
13934     // sortable specifies that c must be a
13935     // random-access sequence of elements comparable with <
13936     void sort(sortable auto& c);
13938     sort(c);
13940 The key is to pass sufficient information for a good implementation to be chosen.
13941 In this, the `sort` interfaces shown here still have a weakness:
13942 They implicitly rely on the element type having less-than (`<`) defined.
13943 To complete the interface, we need a second version that accepts a comparison criterion:
13945     // compare elements of c using r
13946     template<random_access_range R, class C> requires sortable<R, C>
13947     void sort(R&& r, C c);
13949 The standard-library specification of `sort` offers those two versions, and more.
13951 ##### Note
13953 Premature optimization is said to be [the root of all evil](#Rper-Knuth), but that's not a reason to despise performance.
13954 It is never premature to consider what makes a design amenable to improvement, and improved performance is a commonly desired improvement.
13955 Aim to build a set of habits that by default results in efficient, maintainable, and optimizable code.
13956 In particular, when you write a function that is not a one-off implementation detail, consider
13958 * Information passing:
13959 Prefer clean [interfaces](#S-interfaces) carrying sufficient information for later improvement of implementation.
13960 Note that information flows into and out of an implementation through the interfaces we provide.
13961 * Compact data: By default, [use compact data](#Rper-compact), such as `std::vector` and [access it in a systematic fashion](#Rper-access).
13962 If you think you need a linked structure, try to craft the interface so that this structure isn't seen by users.
13963 * Function argument passing and return:
13964 Distinguish between mutable and non-mutable data.
13965 Don't impose a resource management burden on your users.
13966 Don't impose spurious run-time indirections on your users.
13967 Use [conventional ways](#Rf-conventional) of passing information through an interface;
13968 unconventional and/or "optimized" ways of passing data can seriously complicate later reimplementation.
13969 * Abstraction:
13970 Don't overgeneralize; a design that tries to cater for every possible use (and misuse) and defers every design decision for later
13971 (using compile-time or run-time indirections) is usually a complicated, bloated, hard-to-understand mess.
13972 Generalize from concrete examples, preserving performance as we generalize.
13973 Do not generalize based on mere speculation about future needs.
13974 The ideal is zero-overhead generalization.
13975 * Libraries:
13976 Use libraries with good interfaces.
13977 If no library is available build one yourself and imitate the interface style from a good library.
13978 The [standard library](#sl-the-standard-library) is a good first place to look for inspiration.
13979 * Isolation:
13980 Isolate your code from messy and/or old-style code by providing an interface of your choosing to it.
13981 This is sometimes called "providing a wrapper" for the useful/necessary but messy code.
13982 Don't let bad designs "bleed into" your code.
13984 ##### Example
13986 Consider:
13988     template<class ForwardIterator, class T>
13989     bool binary_search(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
13991 `binary_search(begin(c), end(c), 7)` will tell you whether `7` is in `c` or not.
13992 However, it will not tell you where that `7` is or whether there are more than one `7`.
13994 Sometimes, just passing the minimal amount of information back (here, `true` or `false`) is sufficient, but a good interface passes
13995 needed information back to the caller. Therefore, the standard library also offers
13997     template<class ForwardIterator, class T>
13998     ForwardIterator lower_bound(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
14000 `lower_bound` returns an iterator to the first match if any, otherwise to the first element greater than `val`, or `last` if no such element is found.
14002 However, `lower_bound` still doesn't return enough information for all uses, so the standard library also offers
14004     template<class ForwardIterator, class T>
14005     pair<ForwardIterator, ForwardIterator>
14006     equal_range(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
14008 `equal_range` returns a `pair` of iterators specifying the first and one beyond last match.
14010     auto r = equal_range(begin(c), end(c), 7);
14011     for (auto p = r.first; p != r.second; ++p)
14012         cout << *p << '\n';
14014 Obviously, these three interfaces are implemented by the same basic code.
14015 They are simply three ways of presenting the basic binary search algorithm to users,
14016 ranging from the simplest ("make simple things simple!")
14017 to returning complete, but not always needed, information ("don't hide useful information").
14018 Naturally, crafting such a set of interfaces requires experience and domain knowledge.
14020 ##### Note
14022 Do not simply craft the interface to match the first implementation and the first use case you think of.
14023 Once your first initial implementation is complete, review it; once you deploy it, mistakes will be hard to remedy.
14025 ##### Note
14027 A need for efficiency does not imply a need for [low-level code](#Rper-low).
14028 High-level code isn't necessarily slow or bloated.
14030 ##### Note
14032 Things have costs.
14033 Don't be paranoid about costs (modern computers really are very fast),
14034 but have a rough idea of the order of magnitude of cost of what you use.
14035 For example, have a rough idea of the cost of
14036 a memory access,
14037 a function call,
14038 a string comparison,
14039 a system call,
14040 a disk access,
14041 and a message through a network.
14043 ##### Note
14045 If you can only think of one implementation, you probably don't have something for which you can devise a stable interface.
14046 Maybe, it is just an implementation detail - not every piece of code needs a stable interface - but pause and consider.
14047 One question that can be useful is
14048 "what interface would be needed if this operation should be implemented using multiple threads? be vectorized?"
14050 ##### Note
14052 This rule does not contradict the [Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth) rule.
14053 It complements it, encouraging developers to enable later - appropriate and non-premature - optimization, if and where needed.
14055 ##### Enforcement
14057 Tricky.
14058 Maybe looking for `void*` function arguments will find examples of interfaces that hinder later optimization.
14060 ### <a name="Rper-type"></a>Per.10: Rely on the static type system
14062 ##### Reason
14064 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.
14068 ### <a name="Rper-Comp"></a>Per.11: Move computation from run time to compile time
14070 ##### Reason
14072 To decrease code size and run time.
14073 To avoid data races by using constants.
14074 To catch errors at compile time (and thus eliminate the need for error-handling code).
14076 ##### Example
14078     double square(double d) { return d*d; }
14079     static double s2 = square(2);    // old-style: dynamic initialization
14081     constexpr double ntimes(double d, int n)   // assume 0 <= n
14082     {
14083             double m = 1;
14084             while (n--) m *= d;
14085             return m;
14086     }
14087     constexpr double s3 {ntimes(2, 3)};  // modern-style: compile-time initialization
14089 Code like the initialization of `s2` isn't uncommon, especially for initialization that's a bit more complicated than `square()`.
14090 However, compared to the initialization of `s3` there are two problems:
14092 * we suffer the overhead of a function call at run time
14093 * `s2` just might be accessed by another thread before the initialization happens.
14095 Note: you can't have a data race on a constant.
14097 ##### Example
14099 Consider a popular technique for providing a handle for storing small objects in the handle itself and larger ones on the heap.
14101     constexpr int on_stack_max = 20;
14103     template<typename T>
14104     struct Scoped {     // store a T in Scoped
14105             // ...
14106         T obj;
14107     };
14109     template<typename T>
14110     struct On_heap {    // store a T on the free store
14111             // ...
14112             T* objp;
14113     };
14115     template<typename T>
14116     using Handle = typename std::conditional<(sizeof(T) <= on_stack_max),
14117                         Scoped<T>,      // first alternative
14118                         On_heap<T>      // second alternative
14119                    >::type;
14121     void f()
14122     {
14123         Handle<double> v1;                   // the double goes on the stack
14124         Handle<std::array<double, 200>> v2;  // the array goes on the free store
14125         // ...
14126     }
14128 Assume that `Scoped` and `On_heap` provide compatible user interfaces.
14129 Here we compute the optimal type to use at compile time.
14130 There are similar techniques for selecting the optimal function to call.
14132 ##### Note
14134 The ideal is *not* to try to execute everything at compile time.
14135 Obviously, most computations depend on inputs, so they can't be moved to compile time,
14136 but beyond that logical constraint is the fact that complex compile-time computation can seriously increase compile times
14137 and complicate debugging.
14138 It is even possible to slow down code by compile-time computation.
14139 This is admittedly rare, but by factoring out a general computation into separate optimal sub-calculations, it is possible to render the instruction cache less effective.
14141 ##### Enforcement
14143 * Look for simple functions that might be constexpr (but are not).
14144 * Look for functions called with all constant-expression arguments.
14145 * Look for macros that could be constexpr.
14147 ### <a name="Rper-alias"></a>Per.12: Eliminate redundant aliases
14151 ### <a name="Rper-indirect"></a>Per.13: Eliminate redundant indirections
14155 ### <a name="Rper-alloc"></a>Per.14: Minimize the number of allocations and deallocations
14159 ### <a name="Rper-alloc0"></a>Per.15: Do not allocate on a critical branch
14163 ### <a name="Rper-compact"></a>Per.16: Use compact data structures
14165 ##### Reason
14167 Performance is typically dominated by memory access times.
14171 ### <a name="Rper-struct"></a>Per.17: Declare the most used member of a time-critical struct first
14175 ### <a name="Rper-space"></a>Per.18: Space is time
14177 ##### Reason
14179 Performance is typically dominated by memory access times.
14183 ### <a name="Rper-access"></a>Per.19: Access memory predictably
14185 ##### Reason
14187 Performance is very sensitive to cache performance, and cache algorithms favor simple (usually linear) access to adjacent data.
14189 ##### Example
14191     int matrix[rows][cols];
14193     // bad
14194     for (int c = 0; c < cols; ++c)
14195         for (int r = 0; r < rows; ++r)
14196             sum += matrix[r][c];
14198     // good
14199     for (int r = 0; r < rows; ++r)
14200         for (int c = 0; c < cols; ++c)
14201             sum += matrix[r][c];
14203 ### <a name="Rper-context"></a>Per.30: Avoid context switches on the critical path
14207 # <a name="S-concurrency"></a>CP: Concurrency and parallelism
14209 We often want our computers to do many tasks at the same time (or at least appear to do them at the same time).
14210 The reasons for doing so vary (e.g., waiting for many events using only a single processor, processing many data streams simultaneously, or utilizing many hardware facilities)
14211 and so do the basic facilities for expressing concurrency and parallelism.
14212 Here, we articulate principles and rules for using the ISO standard C++ facilities for expressing basic concurrency and parallelism.
14214 Threads are the machine-level foundation for concurrent and parallel programming.
14215 Threads allow running multiple sections of a program independently, while sharing
14216 the same memory. Concurrent programming is tricky,
14217 because protecting shared data between threads is easier said than done.
14218 Making existing single-threaded code execute concurrently can be
14219 as trivial as adding `std::async` or `std::thread` strategically, or it can
14220 necessitate a full rewrite, depending on whether the original code was written
14221 in a thread-friendly way.
14223 The concurrency/parallelism rules in this document are designed with three goals
14224 in mind:
14226 * To help in writing code that is amenable to being used in a threaded
14227   environment
14228 * To show clean, safe ways to use the threading primitives offered by the
14229   standard library
14230 * To offer guidance on what to do when concurrency and parallelism aren't giving
14231   the performance gains needed
14233 It is also important to note that concurrency in C++ is an unfinished
14234 story. C++11 introduced many core concurrency primitives, C++14 and C++17 improved on
14235 them, and there is much interest in making the writing of
14236 concurrent programs in C++ even easier. We expect some of the library-related
14237 guidance here to change significantly over time.
14239 This section needs a lot of work (obviously).
14240 Please note that we start with rules for relative non-experts.
14241 Real experts must wait a bit;
14242 contributions are welcome,
14243 but please think about the majority of programmers who are struggling to get their concurrent programs correct and performant.
14245 Concurrency and parallelism rule summary:
14247 * [CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program](#Rconc-multi)
14248 * [CP.2: Avoid data races](#Rconc-races)
14249 * [CP.3: Minimize explicit sharing of writable data](#Rconc-data)
14250 * [CP.4: Think in terms of tasks, rather than threads](#Rconc-task)
14251 * [CP.8: Don't try to use `volatile` for synchronization](#Rconc-volatile)
14252 * [CP.9: Whenever feasible use tools to validate your concurrent code](#Rconc-tools)
14254 **See also**:
14256 * [CP.con: Concurrency](#SScp-con)
14257 * [CP.coro: Coroutines](#SScp-coro)
14258 * [CP.par: Parallelism](#SScp-par)
14259 * [CP.mess: Message passing](#SScp-mess)
14260 * [CP.vec: Vectorization](#SScp-vec)
14261 * [CP.free: Lock-free programming](#SScp-free)
14262 * [CP.etc: Etc. concurrency rules](#SScp-etc)
14264 ### <a name="Rconc-multi"></a>CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program
14266 ##### Reason
14268 It's hard to be certain that concurrency isn't used now or won't be used sometime in the future.
14269 Code gets reused.
14270 Libraries not using threads might be used from some other part of a program that does use threads.
14271 Note that this rule applies most urgently to library code and least urgently to stand-alone applications.
14272 However, over time, code fragments can turn up in unexpected places.
14274 ##### Example, bad
14276     double cached_computation(int x)
14277     {
14278         // bad: these statics cause data races in multi-threaded usage
14279         static int cached_x = 0.0;
14280         static double cached_result = COMPUTATION_OF_ZERO;
14282         if (cached_x != x) {
14283             cached_x = x;
14284             cached_result = computation(x);
14285         }
14286         return cached_result;
14287     }
14289 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.
14291 ##### Example, good
14293     struct ComputationCache {
14294         int cached_x = 0;
14295         double cached_result = COMPUTATION_OF_ZERO;
14297         double compute(int x) {
14298             if (cached_x != x) {
14299                 cached_x = x;
14300                 cached_result = computation(x);
14301             }
14302             return cached_result;
14303         }
14304     };
14306 Here the cache is stored as member data of a `ComputationCache` object, rather than as shared static state.
14307 This refactoring essentially delegates the concern upward to the caller: a single-threaded program
14308 might still choose to have one global `ComputationCache`, while a multi-threaded program might
14309 have one `ComputationCache` instance per thread, or one per "context" for any definition of "context."
14310 The refactored function no longer attempts to manage the allocation of `cached_x`. In that sense,
14311 this is an application of the Single Responsibility Principle.
14313 In this specific example, refactoring for thread-safety also improved reusability in single-threaded
14314 programs. It's not hard to imagine that a single-threaded program might want two `ComputationCache` instances
14315 for use in different parts of the program, without having them overwrite each other's cached data.
14317 There are several other ways one might add thread-safety to code written for a standard multi-threaded environment
14318 (that is, one where the only form of concurrency is `std::thread`):
14320 * Mark the state variables as `thread_local` instead of `static`.
14321 * Implement concurrency control, for example, protecting access to the two `static` variables with a `static std::mutex`.
14322 * Refuse to build and/or run in a multi-threaded environment.
14323 * Provide two implementations: one for single-threaded environments and another for multi-threaded environments.
14325 ##### Exception
14327 Code that is never run in a multi-threaded environment.
14329 Be careful: there are many examples where code that was "known" to never run in a multi-threaded program
14330 was run as part of a multi-threaded program, often years later.
14331 Typically, such programs lead to a painful effort to remove data races.
14332 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.
14334 ### <a name="Rconc-races"></a>CP.2: Avoid data races
14336 ##### Reason
14338 Unless you do, nothing is guaranteed to work and subtle errors will persist.
14340 ##### Note
14342 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.
14343 For further information of how to use synchronization well to eliminate data races, please consult a good book about concurrency (See [Carefully study the literature](#Rconc-literature)).
14345 ##### Example, bad
14347 There are many examples of data races that exist, some of which are running in
14348 production software at this very moment. One very simple example:
14350     int get_id()
14351     {
14352       static int id = 1;
14353       return id++;
14354     }
14356 The increment here is an example of a data race. This can go wrong in many ways,
14357 including:
14359 * Thread A loads the value of `id`, the OS context switches A out for some
14360   period, during which other threads create hundreds of IDs. Thread A is then
14361   allowed to run again, and `id` is written back to that location as A's read of
14362   `id` plus one.
14363 * Thread A and B load `id` and increment it simultaneously.  They both get the
14364   same ID.
14366 Local static variables are a common source of data races.
14368 ##### Example, bad:
14370     void f(fstream& fs, regex pattern)
14371     {
14372         array<double, max> buf;
14373         int sz = read_vec(fs, buf, max);            // read from fs into buf
14374         gsl::span<double> s {buf};
14375         // ...
14376         auto h1 = async([&] { sort(std::execution::par, s); });     // spawn a task to sort
14377         // ...
14378         auto h2 = async([&] { return find_all(buf, sz, pattern); });   // spawn a task to find matches
14379         // ...
14380     }
14382 Here, we have a (nasty) data race on the elements of `buf` (`sort` will both read and write).
14383 All data races are nasty.
14384 Here, we managed to get a data race on data on the stack.
14385 Not all data races are as easy to spot as this one.
14387 ##### Example, bad:
14389     // code not controlled by a lock
14391     unsigned val;
14393     if (val < 5) {
14394         // ... other thread can change val here ...
14395         switch (val) {
14396         case 0: // ...
14397         case 1: // ...
14398         case 2: // ...
14399         case 3: // ...
14400         case 4: // ...
14401         }
14402     }
14404 Now, a compiler that does not know that `val` can change will  most likely implement that `switch` using a jump table with five entries.
14405 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.
14406 Really, "all bets are off" if you get a data race.
14407 Actually, it can be worse still: by looking at the generated code you might be able to determine where the stray jump will go for a given value;
14408 this can be a security risk.
14410 ##### Enforcement
14412 Some is possible, do at least something.
14413 There are commercial and open-source tools that try to address this problem,
14414 but be aware that solutions have costs and blind spots.
14415 Static tools often have many false positives and run-time tools often have a significant cost.
14416 We hope for better tools.
14417 Using multiple tools can catch more problems than a single one.
14419 There are other ways you can mitigate the chance of data races:
14421 * Avoid global data
14422 * Avoid `static` variables
14423 * More use of concrete types on the stack (and don't pass pointers around too much)
14424 * More use of immutable data (literals, `constexpr`, and `const`)
14426 ### <a name="Rconc-data"></a>CP.3: Minimize explicit sharing of writable data
14428 ##### Reason
14430 If you don't share writable data, you can't have a data race.
14431 The less sharing you do, the less chance you have to forget to synchronize access (and get data races).
14432 The less sharing you do, the less chance you have to wait on a lock (so performance can improve).
14434 ##### Example
14436     bool validate(const vector<Reading>&);
14437     Graph<Temp_node> temperature_gradients(const vector<Reading>&);
14438     Image altitude_map(const vector<Reading>&);
14439     // ...
14441     void process_readings(const vector<Reading>& surface_readings)
14442     {
14443         auto h1 = async([&] { if (!validate(surface_readings)) throw Invalid_data{}; });
14444         auto h2 = async([&] { return temperature_gradients(surface_readings); });
14445         auto h3 = async([&] { return altitude_map(surface_readings); });
14446         // ...
14447         h1.get();
14448         auto v2 = h2.get();
14449         auto v3 = h3.get();
14450         // ...
14451     }
14453 Without those `const`s, we would have to review every asynchronously invoked function for potential data races on `surface_readings`.
14454 Making `surface_readings` be `const` (with respect to this function) allow reasoning using only the function body.
14456 ##### Note
14458 Immutable data can be safely and efficiently shared.
14459 No locking is needed: You can't have a data race on a constant.
14460 See also [CP.mess: Message Passing](#SScp-mess) and [CP.31: prefer pass by value](#Rconc-data-by-value).
14462 ##### Enforcement
14467 ### <a name="Rconc-task"></a>CP.4: Think in terms of tasks, rather than threads
14469 ##### Reason
14471 A `thread` is an implementation concept, a way of thinking about the machine.
14472 A task is an application notion, something you'd like to do, preferably concurrently with other tasks.
14473 Application concepts are easier to reason about.
14475 ##### Example
14477     void some_fun(const std::string& msg)
14478     {
14479         std::thread publisher([=] { std::cout << msg; });      // bad: less expressive
14480                                                                //      and more error-prone
14481         auto pubtask = std::async([=] { std::cout << msg; });  // OK
14482         // ...
14483         publisher.join();
14484     }
14486 ##### Note
14488 With the exception of `async()`, the standard-library facilities are low-level, machine-oriented, threads-and-lock level.
14489 This is a necessary foundation, but we have to try to raise the level of abstraction: for productivity, for reliability, and for performance.
14490 This is a potent argument for using higher level, more applications-oriented libraries (if possible, built on top of standard-library facilities).
14492 ##### Enforcement
14496 ### <a name="Rconc-volatile"></a>CP.8: Don't try to use `volatile` for synchronization
14498 ##### Reason
14500 In C++, unlike some other languages, `volatile` does not provide atomicity, does not synchronize between threads,
14501 and does not prevent instruction reordering (neither compiler nor hardware).
14502 It simply has nothing to do with concurrency.
14504 ##### Example, bad:
14506     int free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
14508     Pool* use()
14509     {
14510         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
14511     }
14513 Here we have a problem:
14514 This is perfectly good code in a single-threaded program, but have two threads execute this and
14515 there is a race condition on `free_slots` so that two threads might get the same value and `free_slots`.
14516 That's (obviously) a bad data race, so people trained in other languages might try to fix it like this:
14518     volatile int free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
14520     Pool* use()
14521     {
14522         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
14523     }
14525 This has no effect on synchronization: The data race is still there!
14527 The C++ mechanism for this is `atomic` types:
14529     atomic<int> free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
14531     Pool* use()
14532     {
14533         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
14534     }
14536 Now the `--` operation is atomic,
14537 rather than a read-increment-write sequence where another thread might get in-between the individual operations.
14539 ##### Alternative
14541 Use `atomic` types where you might have used `volatile` in some other language.
14542 Use a `mutex` for more complicated examples.
14544 ##### See also
14546 [(rare) proper uses of `volatile`](#Rconc-volatile2)
14548 ### <a name="Rconc-tools"></a>CP.9: Whenever feasible use tools to validate your concurrent code
14550 Experience shows that concurrent code is exceptionally hard to get right
14551 and that compile-time checking, run-time checks, and testing are less effective at finding concurrency errors
14552 than they are at finding errors in sequential code.
14553 Subtle concurrency errors can have dramatically bad effects, including memory corruption, deadlocks, and security vulnerabilities.
14555 ##### Example
14557     ???
14559 ##### Note
14561 Thread safety is challenging, often getting the better of experienced programmers: tooling is an important strategy to mitigate those risks.
14562 There are many tools "out there", both commercial and open-source tools, both research and production tools.
14563 Unfortunately people's needs and constraints differ so dramatically that we cannot make specific recommendations,
14564 but we can mention:
14566 * Static enforcement tools: both [clang](http://clang.llvm.org/docs/ThreadSafetyAnalysis.html)
14567 and some older versions of [GCC](https://gcc.gnu.org/wiki/ThreadSafetyAnnotation)
14568 have some support for static annotation of thread safety properties.
14569 Consistent use of this technique turns many classes of thread-safety errors into compile-time errors.
14570 The annotations are generally local (marking a particular data member as guarded by a particular mutex),
14571 and are usually easy to learn. However, as with many static tools, it can often present false negatives;
14572 cases that should have been caught but were allowed.
14574 * dynamic enforcement tools: Clang's [Thread Sanitizer](http://clang.llvm.org/docs/ThreadSanitizer.html) (aka TSAN)
14575 is a powerful example of dynamic tools: it changes the build and execution of your program to add bookkeeping on memory access,
14576 absolutely identifying data races in a given execution of your binary.
14577 The cost for this is both memory (5-10x in most cases) and CPU slowdown (2-20x).
14578 Dynamic tools like this are best when applied to integration tests, canary pushes, or unit tests that operate on multiple threads.
14579 Workload matters: When TSAN identifies a problem, it is effectively always an actual data race,
14580 but it can only identify races seen in a given execution.
14582 ##### Enforcement
14584 It is up to an application builder to choose which support tools are valuable for a particular application.
14586 ## <a name="SScp-con"></a>CP.con: Concurrency
14588 This section focuses on relatively ad-hoc uses of multiple threads communicating through shared data.
14590 * For parallel algorithms, see [parallelism](#SScp-par)
14591 * For inter-task communication without explicit sharing, see [messaging](#SScp-mess)
14592 * For vector parallel code, see [vectorization](#SScp-vec)
14593 * For lock-free programming, see [lock free](#SScp-free)
14595 Concurrency rule summary:
14597 * [CP.20: Use RAII, never plain `lock()`/`unlock()`](#Rconc-raii)
14598 * [CP.21: Use `std::lock()` or `std::scoped_lock` to acquire multiple `mutex`es](#Rconc-lock)
14599 * [CP.22: Never call unknown code while holding a lock (e.g., a callback)](#Rconc-unknown)
14600 * [CP.23: Think of a joining `thread` as a scoped container](#Rconc-join)
14601 * [CP.24: Think of a `thread` as a global container](#Rconc-detach)
14602 * [CP.25: Prefer `gsl::joining_thread` over `std::thread`](#Rconc-joining_thread)
14603 * [CP.26: Don't `detach()` a thread](#Rconc-detached_thread)
14604 * [CP.31: Pass small amounts of data between threads by value, rather than by reference or pointer](#Rconc-data-by-value)
14605 * [CP.32: To share ownership between unrelated `thread`s use `shared_ptr`](#Rconc-shared)
14606 * [CP.40: Minimize context switching](#Rconc-switch)
14607 * [CP.41: Minimize thread creation and destruction](#Rconc-create)
14608 * [CP.42: Don't `wait` without a condition](#Rconc-wait)
14609 * [CP.43: Minimize time spent in a critical section](#Rconc-time)
14610 * [CP.44: Remember to name your `lock_guard`s and `unique_lock`s](#Rconc-name)
14611 * [CP.50: Define a `mutex` together with the data it guards. Use `synchronized_value<T>` where possible](#Rconc-mutex)
14612 * ??? when to use a spinlock
14613 * ??? when to use `try_lock()`
14614 * ??? when to prefer `lock_guard` over `unique_lock`
14615 * ??? Time multiplexing
14616 * ??? when/how to use `new thread`
14618 ### <a name="Rconc-raii"></a>CP.20: Use RAII, never plain `lock()`/`unlock()`
14620 ##### Reason
14622 Avoids nasty errors from unreleased locks.
14624 ##### Example, bad
14626     mutex mtx;
14628     void do_stuff()
14629     {
14630         mtx.lock();
14631         // ... do stuff ...
14632         mtx.unlock();
14633     }
14635 Sooner or later, someone will forget the `mtx.unlock()`, place a `return` in the `... do stuff ...`, throw an exception, or something.
14637     mutex mtx;
14639     void do_stuff()
14640     {
14641         unique_lock<mutex> lck {mtx};
14642         // ... do stuff ...
14643     }
14645 ##### Enforcement
14647 Flag calls of member `lock()` and `unlock()`.  ???
14650 ### <a name="Rconc-lock"></a>CP.21: Use `std::lock()` or `std::scoped_lock` to acquire multiple `mutex`es
14652 ##### Reason
14654 To avoid deadlocks on multiple `mutex`es.
14656 ##### Example
14658 This is asking for deadlock:
14660     // thread 1
14661     lock_guard<mutex> lck1(m1);
14662     lock_guard<mutex> lck2(m2);
14664     // thread 2
14665     lock_guard<mutex> lck2(m2);
14666     lock_guard<mutex> lck1(m1);
14668 Instead, use `lock()`:
14670     // thread 1
14671     lock(m1, m2);
14672     lock_guard<mutex> lck1(m1, adopt_lock);
14673     lock_guard<mutex> lck2(m2, adopt_lock);
14675     // thread 2
14676     lock(m2, m1);
14677     lock_guard<mutex> lck2(m2, adopt_lock);
14678     lock_guard<mutex> lck1(m1, adopt_lock);
14680 or (better, but C++17 only):
14682     // thread 1
14683     scoped_lock<mutex, mutex> lck1(m1, m2);
14685     // thread 2
14686     scoped_lock<mutex, mutex> lck2(m2, m1);
14688 Here, the writers of `thread1` and `thread2` are still not agreeing on the order of the `mutex`es, but order no longer matters.
14690 ##### Note
14692 In real code, `mutex`es are rarely named to conveniently remind the programmer of an intended relation and intended order of acquisition.
14693 In real code, `mutex`es are not always conveniently acquired on consecutive lines.
14695 ##### Note
14697 In C++17 it's possible to write plain
14699     lock_guard lck1(m1, adopt_lock);
14701 and have the `mutex` type deduced.
14703 ##### Enforcement
14705 Detect the acquisition of multiple `mutex`es.
14706 This is undecidable in general, but catching common simple examples (like the one above) is easy.
14709 ### <a name="Rconc-unknown"></a>CP.22: Never call unknown code while holding a lock (e.g., a callback)
14711 ##### Reason
14713 If you don't know what a piece of code does, you are risking deadlock.
14715 ##### Example
14717     void do_this(Foo* p)
14718     {
14719         lock_guard<mutex> lck {my_mutex};
14720         // ... do something ...
14721         p->act(my_data);
14722         // ...
14723     }
14725 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),
14726 it might call `do_this` (recursively) and cause a deadlock on `my_mutex`.
14727 Maybe it will lock on a different mutex and not return in a reasonable time, causing delays to any code calling `do_this`.
14729 ##### Example
14731 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.
14732 Such problem can often be solved by using a `recursive_mutex`. For example:
14734     recursive_mutex my_mutex;
14736     template<typename Action>
14737     void do_something(Action f)
14738     {
14739         unique_lock<recursive_mutex> lck {my_mutex};
14740         // ... do something ...
14741         f(this);    // f will do something to *this
14742         // ...
14743     }
14745 If, as it is likely, `f()` invokes operations on `*this`, we must make sure that the object's invariant holds before the call.
14747 ##### Enforcement
14749 * Flag calling a virtual function with a non-recursive `mutex` held
14750 * Flag calling a callback with a non-recursive `mutex` held
14753 ### <a name="Rconc-join"></a>CP.23: Think of a joining `thread` as a scoped container
14755 ##### Reason
14757 To maintain pointer safety and avoid leaks, we need to consider what pointers are used by a `thread`.
14758 If a `thread` joins, we can safely pass pointers to objects in the scope of the `thread` and its enclosing scopes.
14760 ##### Example
14762     void f(int* p)
14763     {
14764         // ...
14765         *p = 99;
14766         // ...
14767     }
14768     int glob = 33;
14770     void some_fct(int* p)
14771     {
14772         int x = 77;
14773         joining_thread t0(f, &x);           // OK
14774         joining_thread t1(f, p);            // OK
14775         joining_thread t2(f, &glob);        // OK
14776         auto q = make_unique<int>(99);
14777         joining_thread t3(f, q.get());      // OK
14778         // ...
14779     }
14781 A `gsl::joining_thread` is a `std::thread` with a destructor that joins and that cannot be `detached()`.
14782 By "OK" we mean that the object will be in scope ("live") for as long as a `thread` can use the pointer to it.
14783 The fact that `thread`s run concurrently doesn't affect the lifetime or ownership issues here;
14784 these `thread`s can be seen as just a function object called from `some_fct`.
14786 ##### Enforcement
14788 Ensure that `joining_thread`s don't `detach()`.
14789 After that, the usual lifetime and ownership (for local objects) enforcement applies.
14791 ### <a name="Rconc-detach"></a>CP.24: Think of a `thread` as a global container
14793 ##### Reason
14795 To maintain pointer safety and avoid leaks, we need to consider what pointers are used by a `thread`.
14796 If a `thread` is detached, we can safely pass pointers to static and free store objects (only).
14798 ##### Example
14800     void f(int* p)
14801     {
14802         // ...
14803         *p = 99;
14804         // ...
14805     }
14807     int glob = 33;
14809     void some_fct(int* p)
14810     {
14811         int x = 77;
14812         std::thread t0(f, &x);           // bad
14813         std::thread t1(f, p);            // bad
14814         std::thread t2(f, &glob);        // OK
14815         auto q = make_unique<int>(99);
14816         std::thread t3(f, q.get());      // bad
14817         // ...
14818         t0.detach();
14819         t1.detach();
14820         t2.detach();
14821         t3.detach();
14822         // ...
14823     }
14825 By "OK" we mean that the object will be in scope ("live") for as long as a `thread` can use the pointers to it.
14826 By "bad" we mean that a `thread` might use a pointer after the pointed-to object is destroyed.
14827 The fact that `thread`s run concurrently doesn't affect the lifetime or ownership issues here;
14828 these `thread`s can be seen as just a function object called from `some_fct`.
14830 ##### Note
14832 Even objects with static storage duration can be problematic if used from detached threads: if the
14833 thread continues until the end of the program, it might be running concurrently with the destruction
14834 of objects with static storage duration, and thus accesses to such objects might race.
14836 ##### Note
14838 This rule is redundant if you [don't `detach()`](#Rconc-detached_thread) and [use `gsl::joining_thread`](#Rconc-joining_thread).
14839 However, converting code to follow those guidelines could be difficult and even impossible for third-party libraries.
14840 In such cases, the rule becomes essential for lifetime safety and type safety.
14843 In general, it is undecidable whether a `detach()` is executed for a `thread`, but simple common cases are easily detected.
14844 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;
14845 After that, the usual lifetime and ownership (for global objects) enforcement applies.
14847 ##### Enforcement
14849 Flag attempts to pass local variables to a thread that might `detach()`.
14851 ### <a name="Rconc-joining_thread"></a>CP.25: Prefer `gsl::joining_thread` over `std::thread`
14853 ##### Reason
14855 A `joining_thread` is a thread that joins at the end of its scope.
14856 Detached threads are hard to monitor.
14857 It is harder to ensure absence of errors in detached threads (and potentially detached threads).
14859 ##### Example, bad
14861     void f() { std::cout << "Hello "; }
14863     struct F {
14864         void operator()() const { std::cout << "parallel world "; }
14865     };
14867     int main()
14868     {
14869         std::thread t1{f};      // f() executes in separate thread
14870         std::thread t2{F()};    // F()() executes in separate thread
14871     }  // spot the bugs
14873 ##### Example
14875     void f() { std::cout << "Hello "; }
14877     struct F {
14878         void operator()() const { std::cout << "parallel world "; }
14879     };
14881     int main()
14882     {
14883         std::thread t1{f};      // f() executes in separate thread
14884         std::thread t2{F()};    // F()() executes in separate thread
14886         t1.join();
14887         t2.join();
14888     }  // one bad bug left
14890 ##### Note
14892 Make "immortal threads" globals, put them in an enclosing scope, or put them on the free store rather than `detach()`.
14893 [Don't `detach`](#Rconc-detached_thread).
14895 ##### Note
14897 Because of old code and third party libraries using `std::thread`, this rule can be hard to introduce.
14899 ##### Enforcement
14901 Flag uses of `std::thread`:
14903 * Suggest use of `gsl::joining_thread` or C++20 `std::jthread`.
14904 * Suggest ["exporting ownership"](#Rconc-detached_thread) to an enclosing scope if it detaches.
14905 * Warn if it is not obvious whether a thread joins or detaches.
14907 ### <a name="Rconc-detached_thread"></a>CP.26: Don't `detach()` a thread
14909 ##### Reason
14911 Often, the need to outlive the scope of its creation is inherent in the `thread`s task,
14912 but implementing that idea by `detach` makes it harder to monitor and communicate with the detached thread.
14913 In particular, it is harder (though not impossible) to ensure that the thread completed as expected or lives for as long as expected.
14915 ##### Example
14917     void heartbeat();
14919     void use()
14920     {
14921         std::thread t(heartbeat);             // don't join; heartbeat is meant to run forever
14922         t.detach();
14923         // ...
14924     }
14926 This is a reasonable use of a thread, for which `detach()` is commonly used.
14927 There are problems, though.
14928 How do we monitor the detached thread to see if it is alive?
14929 Something might go wrong with the heartbeat, and losing a heartbeat can be very serious in a system for which it is needed.
14930 So, we need to communicate with the heartbeat thread
14931 (e.g., through a stream of messages or notification events using a `condition_variable`).
14933 An alternative, and usually superior solution is to control its lifetime by placing it in a scope outside its point of creation (or activation).
14934 For example:
14936     void heartbeat();
14938     gsl::joining_thread t(heartbeat);             // heartbeat is meant to run "forever"
14940 This heartbeat will (barring error, hardware problems, etc.) run for as long as the program does.
14942 Sometimes, we need to separate the point of creation from the point of ownership:
14944     void heartbeat();
14946     unique_ptr<gsl::joining_thread> tick_tock {nullptr};
14948     void use()
14949     {
14950         // heartbeat is meant to run as long as tick_tock lives
14951         tick_tock = make_unique<gsl::joining_thread>(heartbeat);
14952         // ...
14953     }
14955 #### Enforcement
14957 Flag `detach()`.
14960 ### <a name="Rconc-data-by-value"></a>CP.31: Pass small amounts of data between threads by value, rather than by reference or pointer
14962 ##### Reason
14964 A small amount of data is cheaper to copy and access than to share it using some locking mechanism.
14965 Copying naturally gives unique ownership (simplifies code) and eliminates the possibility of data races.
14967 ##### Note
14969 Defining "small amount" precisely is impossible.
14971 ##### Example
14973     string modify1(string);
14974     void modify2(string&);
14976     void fct(string& s)
14977     {
14978         auto res = async(modify1, s);
14979         async(modify2, s);
14980     }
14982 The call of `modify1` involves copying two `string` values; the call of `modify2` does not.
14983 On the other hand, the implementation of `modify1` is exactly as we would have written it for single-threaded code,
14984 whereas the implementation of `modify2` will need some form of locking to avoid data races.
14985 If the string is short (say 10 characters), the call of `modify1` can be surprisingly fast;
14986 essentially all the cost is in the `thread` switch. If the string is long (say 1,000,000 characters), copying it twice
14987 is probably not a good idea.
14989 Note that this argument has nothing to do with `async` as such. It applies equally to considerations about whether to use
14990 message passing or shared memory.
14992 ##### Enforcement
14997 ### <a name="Rconc-shared"></a>CP.32: To share ownership between unrelated `thread`s use `shared_ptr`
14999 ##### Reason
15001 If threads are unrelated (that is, not known to be in the same scope or one within the lifetime of the other)
15002 and they need to share free store memory that needs to be deleted, a `shared_ptr` (or equivalent) is the only
15003 safe way to ensure proper deletion.
15005 ##### Example
15007     ???
15009 ##### Note
15011 * A static object (e.g. a global) can be shared because it is not owned in the sense that some thread is responsible for its deletion.
15012 * An object on free store that is never to be deleted can be shared.
15013 * An object owned by one thread can be safely shared with another as long as that second thread doesn't outlive the owner.
15015 ##### Enforcement
15020 ### <a name="Rconc-switch"></a>CP.40: Minimize context switching
15022 ##### Reason
15024 Context switches are expensive.
15026 ##### Example
15028     ???
15030 ##### Enforcement
15035 ### <a name="Rconc-create"></a>CP.41: Minimize thread creation and destruction
15037 ##### Reason
15039 Thread creation is expensive.
15041 ##### Example
15043     void worker(Message m)
15044     {
15045         // process
15046     }
15048     void dispatcher(istream& is)
15049     {
15050         for (Message m; is >> m; )
15051             run_list.push_back(new thread(worker, m));
15052     }
15054 This spawns a `thread` per message, and the `run_list` is presumably managed to destroy those tasks once they are finished.
15056 Instead, we could have a set of pre-created worker threads processing the messages
15058     Sync_queue<Message> work;
15060     void dispatcher(istream& is)
15061     {
15062         for (Message m; is >> m; )
15063             work.put(m);
15064     }
15066     void worker()
15067     {
15068         for (Message m; m = work.get(); ) {
15069             // process
15070         }
15071     }
15073     void workers()  // set up worker threads (specifically 4 worker threads)
15074     {
15075         joining_thread w1 {worker};
15076         joining_thread w2 {worker};
15077         joining_thread w3 {worker};
15078         joining_thread w4 {worker};
15079     }
15081 ##### Note
15083 If your system has a good thread pool, use it.
15084 If your system has a good message queue, use it.
15086 ##### Enforcement
15091 ### <a name="Rconc-wait"></a>CP.42: Don't `wait` without a condition
15093 ##### Reason
15095 A `wait` without a condition can miss a wakeup or wake up simply to find that there is no work to do.
15097 ##### Example, bad
15099     std::condition_variable cv;
15100     std::mutex mx;
15102     void thread1()
15103     {
15104         while (true) {
15105             // do some work ...
15106             std::unique_lock<std::mutex> lock(mx);
15107             cv.notify_one();    // wake other thread
15108         }
15109     }
15111     void thread2()
15112     {
15113         while (true) {
15114             std::unique_lock<std::mutex> lock(mx);
15115             cv.wait(lock);    // might block forever
15116             // do work ...
15117         }
15118     }
15120 Here, if some other `thread` consumes `thread1`'s notification, `thread2` can wait forever.
15122 ##### Example
15124     template<typename T>
15125     class Sync_queue {
15126     public:
15127         void put(const T& val);
15128         void put(T&& val);
15129         void get(T& val);
15130     private:
15131         mutex mtx;
15132         condition_variable cond;    // this controls access
15133         list<T> q;
15134     };
15136     template<typename T>
15137     void Sync_queue<T>::put(const T& val)
15138     {
15139         lock_guard<mutex> lck(mtx);
15140         q.push_back(val);
15141         cond.notify_one();
15142     }
15144     template<typename T>
15145     void Sync_queue<T>::get(T& val)
15146     {
15147         unique_lock<mutex> lck(mtx);
15148         cond.wait(lck, [this] { return !q.empty(); });    // prevent spurious wakeup
15149         val = q.front();
15150         q.pop_front();
15151     }
15153 Now if the queue is empty when a thread executing `get()` wakes up (e.g., because another thread has gotten to `get()` before it),
15154 it will immediately go back to sleep, waiting.
15156 ##### Enforcement
15158 Flag all `wait`s without conditions.
15161 ### <a name="Rconc-time"></a>CP.43: Minimize time spent in a critical section
15163 ##### Reason
15165 The less time is spent with a `mutex` taken, the less chance that another `thread` has to wait,
15166 and `thread` suspension and resumption are expensive.
15168 ##### Example
15170     void do_something() // bad
15171     {
15172         unique_lock<mutex> lck(my_lock);
15173         do0();  // preparation: does not need lock
15174         do1();  // transaction: needs locking
15175         do2();  // cleanup: does not need locking
15176     }
15178 Here, we are holding the lock for longer than necessary:
15179 We should not have taken the lock before we needed it and should have released it again before starting the cleanup.
15180 We could rewrite this to
15182     void do_something() // bad
15183     {
15184         do0();  // preparation: does not need lock
15185         my_lock.lock();
15186         do1();  // transaction: needs locking
15187         my_lock.unlock();
15188         do2();  // cleanup: does not need locking
15189     }
15191 But that compromises safety and violates the [use RAII](#Rconc-raii) rule.
15192 Instead, add a block for the critical section:
15194     void do_something() // OK
15195     {
15196         do0();  // preparation: does not need lock
15197         {
15198             unique_lock<mutex> lck(my_lock);
15199             do1();  // transaction: needs locking
15200         }
15201         do2();  // cleanup: does not need locking
15202     }
15204 ##### Enforcement
15206 Impossible in general.
15207 Flag "naked" `lock()` and `unlock()`.
15210 ### <a name="Rconc-name"></a>CP.44: Remember to name your `lock_guard`s and `unique_lock`s
15212 ##### Reason
15214 An unnamed local object is a temporary that immediately goes out of scope.
15216 ##### Example
15218     // global mutexes
15219     mutex m1;
15220     mutex m2;
15222     void f()
15223     {
15224         unique_lock<mutex>(m1); // (A)
15225         lock_guard<mutex> {m2}; // (B)
15226         // do work in critical section ...
15227     }
15229 This looks innocent enough, but it isn't. At (A), `m1` is a default-constructed
15230 local `unique_lock`, which shadows the global `::m1` (and does not lock it).
15231 At (B) an unnamed temporary `lock_guard` is constructed and locks `::m2`,
15232 but immediately goes out of scope and unlocks `::m2` again.
15233 For the rest of the function `f()` neither mutex is locked.
15235 ##### Enforcement
15237 Flag all unnamed `lock_guard`s and `unique_lock`s.
15241 ### <a name="Rconc-mutex"></a>CP.50: Define a `mutex` together with the data it guards. Use `synchronized_value<T>` where possible
15243 ##### Reason
15245 It should be obvious to a reader that the data is to be guarded and how. This decreases the chance of the wrong mutex being locked, or the mutex not being locked.
15247 Using a `synchronized_value<T>` ensures that the data has a mutex, and the right mutex is locked when the data is accessed.
15248 See the [WG21 proposal](http://wg21.link/p0290) to add `synchronized_value` to a future TS or revision of the C++ standard.
15250 ##### Example
15252     struct Record {
15253         std::mutex m;   // take this mutex before accessing other members
15254         // ...
15255     };
15257     class MyClass {
15258         struct DataRecord {
15259            // ...
15260         };
15261         synchronized_value<DataRecord> data; // Protect the data with a mutex
15262     };
15264 ##### Enforcement
15266 ??? Possible?
15269 ## <a name="SScp-coro"></a>CP.coro: Coroutines
15271 This section focuses on uses of coroutines.
15273 Coroutine rule summary:
15275 * [CP.51: Do not use capturing lambdas that are coroutines](#Rcoro-capture)
15276 * [CP.52: Do not hold locks or other synchronization primitives across suspension points](#Rcoro-locks)
15277 * [CP.53: Parameters to coroutines should not be passed by reference](#Rcoro-reference-parameters)
15279 ### <a name="Rcoro-capture"></a>CP.51: Do not use capturing lambdas that are coroutines
15281 ##### Reason
15283 Usage patterns that are correct with normal lambdas are hazardous with coroutine lambdas. The obvious pattern of capturing variables will result in accessing freed memory after the first suspension point, even for refcounted smart pointers and copyable types.
15285 A lambda results in a closure object with storage, often on the stack, that will go out of scope at some point.  When the closure object goes out of scope the captures will also go out of scope.  Normal lambdas will have finished executing by this time so it is not a problem.  Coroutine lambdas may resume from suspension after the closure object has destructed and at that point all captures will be use-after-free memory access.
15287 ##### Example, Bad
15289     int value = get_value();
15290     std::shared_ptr<Foo> sharedFoo = get_foo();
15291     {
15292       const auto lambda = [value, sharedFoo]() -> std::future<void>
15293       {
15294         co_await something();
15295         // "sharedFoo" and "value" have already been destroyed
15296         // the "shared" pointer didn't accomplish anything
15297       };
15298       lambda();
15299     } // the lambda closure object has now gone out of scope
15301 ##### Example, Better
15303     int value = get_value();
15304     std::shared_ptr<Foo> sharedFoo = get_foo();
15305     {
15306       // take as by-value parameter instead of as a capture
15307       const auto lambda = [](auto sharedFoo, auto value) -> std::future<void>
15308       {
15309         co_await something();
15310         // sharedFoo and value are still valid at this point
15311       };
15312       lambda(sharedFoo, value);
15313     } // the lambda closure object has now gone out of scope
15315 ##### Example, Best
15317 Use a function for coroutines.
15319     std::future<void> Class::do_something(int value, std::shared_ptr<Foo> sharedFoo)
15320     {
15321       co_await something();
15322       // sharedFoo and value are still valid at this point
15323     }
15325     void SomeOtherFunction()
15326     {
15327       int value = get_value();
15328       std::shared_ptr<Foo> sharedFoo = get_foo();
15329       do_something(value, sharedFoo);
15330     }
15332 ##### Enforcement
15334 Flag a lambda that is a coroutine and has a non-empty capture list.
15337 ### <a name="Rcoro-locks"></a>CP.52: Do not hold locks or other synchronization primitives across suspension points
15339 ##### Reason
15341 This pattern creates a significant risk of deadlocks.  Some types of waits will allow the current thread to perform additional work until the asynchronous operation has completed. If the thread holding the lock performs work that requires the same lock then it will deadlock because it is trying to acquire a lock that it is already holding.
15343 If the coroutine completes on a different thread from the thread that acquired the lock then that is undefined behavior.  Even with an explicit return to the original thread an exception might be thrown before coroutine resumes and the result will be that the lock guard is not destructed.
15345 ##### Example, Bad
15347     std::mutex g_lock;
15349     std::future<void> Class::do_something()
15350     {
15351         std::lock_guard<std::mutex> guard(g_lock);
15352         co_await something(); // DANGER: coroutine has suspended execution while holding a lock
15353         co_await somethingElse();
15354     }
15356 ##### Example, Good
15358     std::mutex g_lock;
15360     std::future<void> Class::do_something()
15361     {
15362         {
15363             std::lock_guard<std::mutex> guard(g_lock);
15364             // modify data protected by lock
15365         }
15366         co_await something(); // OK: lock has been released before coroutine suspends
15367         co_await somethingElse();
15368     }
15371 ##### Note
15373 This pattern is also bad for performance. When a suspension point is reached, such as co_await, execution of the current function stops and other code begins to run. It may be a long period of time before the coroutine resumes. For that entire duration the lock will be held and cannot be acquired by other threads to perform work.
15375 ##### Enforcement
15377 Flag all lock guards that are not destructed before a coroutine suspends.
15379 ### <a name="Rcoro-reference-parameters"></a>CP.53: Parameters to coroutines should not be passed by reference
15381 ##### Reason
15383 Once a coroutine reaches the first suspension point, such as a co_await, the synchronous portion returns. After that point any parameters passed by reference are dangling. Any usage beyond that is undefined behavior which may include writing to freed memory.
15385 ##### Example, Bad
15387     std::future<int> Class::do_something(const std::shared_ptr<int>& input)
15388     {
15389         co_await something();
15391         // DANGER: the reference to input may no longer be valid and may be freed memory
15392         co_return *input + 1;
15393     }
15395 ##### Example, Good
15397     std::future<int> Class::do_something(std::shared_ptr<int> input)
15398     {
15399         co_await something();
15400         co_return *input + 1; // input is a copy that is still valid here
15401     }
15403 ##### Note
15405 This problem does not apply to reference parameters that are only accessed before the first suspension point. Subsequent changes to the function may add or move suspension points which would reintroduce this class of bug. Some types of coroutines have the suspension point before the first line of code in the coroutine executes, in which case reference parameters are always unsafe.  It is safer to always pass by value because the copied parameter will live in the coroutine frame that is safe to access throughout the coroutine.
15407 ##### Note
15409 The same danger applies to output parameters.  [F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters](#Rf-out) discourages output parameters.  Coroutines should avoid them entirely.
15411 ##### Enforcement
15413 Flag all reference parameters to a coroutine.
15415 ## <a name="SScp-par"></a>CP.par: Parallelism
15417 By "parallelism" we refer to performing a task (more or less) simultaneously ("in parallel with") on many data items.
15419 Parallelism rule summary:
15421 * ???
15422 * ???
15423 * Where appropriate, prefer the standard-library parallel algorithms
15424 * Use algorithms that are designed for parallelism, not algorithms with unnecessary dependency on linear evaluation
15428 ## <a name="SScp-mess"></a>CP.mess: Message passing
15430 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.
15431 Most people shouldn't work at this level: it's error-prone and development is slow.
15432 If possible, use a higher level facility: messaging libraries, parallel algorithms, and vectorization.
15433 This section looks at passing messages so that a programmer doesn't have to do explicit synchronization.
15435 Message passing rules summary:
15437 * [CP.60: Use a `future` to return a value from a concurrent task](#Rconc-future)
15438 * [CP.61: Use `async()` to spawn concurrent tasks](#Rconc-async)
15439 * message queues
15440 * messaging libraries
15442 ???? should there be a "use X rather than `std::async`" where X is something that would use a better specified thread pool?
15444 ??? 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?
15447 ### <a name="Rconc-future"></a>CP.60: Use a `future` to return a value from a concurrent task
15449 ##### Reason
15451 A `future` preserves the usual function call return semantics for asynchronous tasks.
15452 There is no explicit locking and both correct (value) return and error (exception) return are handled simply.
15454 ##### Example
15456     ???
15458 ##### Note
15462 ##### Enforcement
15466 ### <a name="Rconc-async"></a>CP.61: Use `async()` to spawn concurrent tasks
15468 ##### Reason
15470 Similar to [R.12](#Rr-immediate-alloc), which tells you to avoid raw owning pointers, you should
15471 also avoid raw threads and raw promises where possible. Use a factory function such as `std::async`,
15472 which handles spawning or reusing a thread without exposing raw threads to your own code.
15474 ##### Example
15476     int read_value(const std::string& filename)
15477     {
15478         std::ifstream in(filename);
15479         in.exceptions(std::ifstream::failbit);
15480         int value;
15481         in >> value;
15482         return value;
15483     }
15485     void async_example()
15486     {
15487         try {
15488             std::future<int> f1 = std::async(read_value, "v1.txt");
15489             std::future<int> f2 = std::async(read_value, "v2.txt");
15490             std::cout << f1.get() + f2.get() << '\n';
15491         } catch (const std::ios_base::failure& fail) {
15492             // handle exception here
15493         }
15494     }
15496 ##### Note
15498 Unfortunately, `std::async` is not perfect. For example, it doesn't use a thread pool,
15499 which means that it might fail due to resource exhaustion, rather than queuing up your tasks
15500 to be executed later. However, even if you cannot use `std::async`, you should prefer to
15501 write your own `future`-returning factory function, rather than using raw promises.
15503 ##### Example (bad)
15505 This example shows two different ways to succeed at using `std::future`, but to fail
15506 at avoiding raw `std::thread` management.
15508     void async_example()
15509     {
15510         std::promise<int> p1;
15511         std::future<int> f1 = p1.get_future();
15512         std::thread t1([p1 = std::move(p1)]() mutable {
15513             p1.set_value(read_value("v1.txt"));
15514         });
15515         t1.detach(); // evil
15517         std::packaged_task<int()> pt2(read_value, "v2.txt");
15518         std::future<int> f2 = pt2.get_future();
15519         std::thread(std::move(pt2)).detach();
15521         std::cout << f1.get() + f2.get() << '\n';
15522     }
15524 ##### Example (good)
15526 This example shows one way you could follow the general pattern set by
15527 `std::async`, in a context where `std::async` itself was unacceptable for
15528 use in production.
15530     void async_example(WorkQueue& wq)
15531     {
15532         std::future<int> f1 = wq.enqueue([]() {
15533             return read_value("v1.txt");
15534         });
15535         std::future<int> f2 = wq.enqueue([]() {
15536             return read_value("v2.txt");
15537         });
15538         std::cout << f1.get() + f2.get() << '\n';
15539     }
15541 Any threads spawned to execute the code of `read_value` are hidden behind
15542 the call to `WorkQueue::enqueue`. The user code deals only with `future`
15543 objects, never with raw `thread`, `promise`, or `packaged_task` objects.
15545 ##### Enforcement
15550 ## <a name="SScp-vec"></a>CP.vec: Vectorization
15552 Vectorization is a technique for executing a number of tasks concurrently without introducing explicit synchronization.
15553 An operation is simply applied to elements of a data structure (a vector, an array, etc.) in parallel.
15554 Vectorization has the interesting property of often requiring no non-local changes to a program.
15555 However, vectorization works best with simple data structures and with algorithms specifically crafted to enable it.
15557 Vectorization rule summary:
15559 * ???
15560 * ???
15562 ## <a name="SScp-free"></a>CP.free: Lock-free programming
15564 Synchronization using `mutex`es and `condition_variable`s can be relatively expensive.
15565 Furthermore, it can lead to deadlock.
15566 For performance and to eliminate the possibility of deadlock, we sometimes have to use the tricky low-level "lock-free" facilities
15567 that rely on briefly gaining exclusive ("atomic") access to memory.
15568 Lock-free programming is also used to implement higher-level concurrency mechanisms, such as `thread`s and `mutex`es.
15570 Lock-free programming rule summary:
15572 * [CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to](#Rconc-lockfree)
15573 * [CP.101: Distrust your hardware/compiler combination](#Rconc-distrust)
15574 * [CP.102: Carefully study the literature](#Rconc-literature)
15575 * how/when to use atomics
15576 * avoid starvation
15577 * use a lock-free data structure rather than hand-crafting specific lock-free access
15578 * [CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization](#Rconc-double)
15579 * [CP.111: Use a conventional pattern if you really need double-checked locking](#Rconc-double-pattern)
15580 * how/when to compare and swap
15583 ### <a name="Rconc-lockfree"></a>CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to
15585 ##### Reason
15587 It's error-prone and requires expert level knowledge of language features, machine architecture, and data structures.
15589 ##### Example, bad
15591     extern atomic<Link*> head;        // the shared head of a linked list
15593     Link* nh = new Link(data, nullptr);    // make a link ready for insertion
15594     Link* h = head.load();                 // read the shared head of the list
15596     do {
15597         if (h->data <= data) break;        // if so, insert elsewhere
15598         nh->next = h;                      // next element is the previous head
15599     } while (!head.compare_exchange_weak(h, nh));    // write nh to head or to h
15601 Spot the bug.
15602 It would be really hard to find through testing.
15603 Read up on the ABA problem.
15605 ##### Exception
15607 [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.
15609 ##### Note
15611 Higher-level concurrency mechanisms, such as `thread`s and `mutex`es are implemented using lock-free programming.
15613 **Alternative**: Use lock-free data structures implemented by others as part of some library.
15616 ### <a name="Rconc-distrust"></a>CP.101: Distrust your hardware/compiler combination
15618 ##### Reason
15620 The low-level hardware interfaces used by lock-free programming are among the hardest to implement well and among
15621 the areas where the most subtle portability problems occur.
15622 If you are doing lock-free programming for performance, you need to check for regressions.
15624 ##### Note
15626 Instruction reordering (static and dynamic) makes it hard for us to think effectively at this level (especially if you use relaxed memory models).
15627 Experience, (semi)formal models and model checking can be useful.
15628 Testing - often to an extreme extent - is essential.
15629 "Don't fly too close to the sun."
15631 ##### Enforcement
15633 Have strong rules for re-testing in place that covers any change in hardware, operating system, compiler, and libraries.
15636 ### <a name="Rconc-literature"></a>CP.102: Carefully study the literature
15638 ##### Reason
15640 With the exception of atomics and a few other standard patterns, lock-free programming is really an expert-only topic.
15641 Become an expert before shipping lock-free code for others to use.
15643 ##### References
15645 * Anthony Williams: C++ concurrency in action. Manning Publications.
15646 * Boehm, Adve, You Don't Know Jack About Shared Variables or Memory Models , Communications of the ACM, Feb 2012.
15647 * Boehm, "Threads Basics", HPL TR 2009-259.
15648 * Adve, Boehm, "Memory Models: A Case for Rethinking Parallel Languages and Hardware", Communications of the ACM, August 2010.
15649 * Boehm, Adve, "Foundations of the C++ Concurrency Memory Model", PLDI 08.
15650 * Mark Batty, Scott Owens, Susmit Sarkar, Peter Sewell, and Tjark Weber, "Mathematizing C++ Concurrency", POPL 2011.
15651 * 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.
15652 * Damian Dechev and Bjarne Stroustrup: Scalable Non-blocking Concurrent Objects for Mission Critical Code. ACM OOPSLA'09. October 2009
15653 * 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.
15654 * Maurice Herlihy, Nir Shavit, Victor Luchangco, Michael Spear, "The Art of Multiprocessor Programming", 2nd ed. September 2020
15656 ### <a name="Rconc-double"></a>CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization
15658 ##### Reason
15660 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.
15662 ##### Example
15664 Example with std::call_once.
15666     void f()
15667     {
15668         static std::once_flag my_once_flag;
15669         std::call_once(my_once_flag, []()
15670         {
15671             // do this only once
15672         });
15673         // ...
15674     }
15676 Example with thread-safe static local variables of C++11.
15678     void f()
15679     {
15680         // Assuming the compiler is compliant with C++11
15681         static My_class my_object; // Constructor called only once
15682         // ...
15683     }
15685     class My_class
15686     {
15687     public:
15688         My_class()
15689         {
15690             // do this only once
15691         }
15692     };
15694 ##### Enforcement
15696 ??? Is it possible to detect the idiom?
15699 ### <a name="Rconc-double-pattern"></a>CP.111: Use a conventional pattern if you really need double-checked locking
15701 ##### Reason
15703 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.
15705 The uses of the double-checked locking pattern that are not in violation of [CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization](#Rconc-double) arise when a non-thread-safe action is both hard and rare, and there exists a fast thread-safe test that can be used to guarantee that the action is not needed, but cannot be used to guarantee the converse.
15707 ##### Example, bad
15709 The use of volatile does not make the first check thread-safe, see also [CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory](#Rconc-volatile2)
15711     mutex action_mutex;
15712     volatile bool action_needed;
15714     if (action_needed) {
15715         std::lock_guard<std::mutex> lock(action_mutex);
15716         if (action_needed) {
15717             take_action();
15718             action_needed = false;
15719         }
15720     }
15722 ##### Example, good
15724     mutex action_mutex;
15725     atomic<bool> action_needed;
15727     if (action_needed) {
15728         std::lock_guard<std::mutex> lock(action_mutex);
15729         if (action_needed) {
15730             take_action();
15731             action_needed = false;
15732         }
15733     }
15735 Fine-tuned memory order might be beneficial where acquire load is more efficient than sequentially-consistent load
15737     mutex action_mutex;
15738     atomic<bool> action_needed;
15740     if (action_needed.load(memory_order_acquire)) {
15741         lock_guard<std::mutex> lock(action_mutex);
15742         if (action_needed.load(memory_order_relaxed)) {
15743             take_action();
15744             action_needed.store(false, memory_order_release);
15745         }
15746     }
15748 ##### Enforcement
15750 ??? Is it possible to detect the idiom?
15753 ## <a name="SScp-etc"></a>CP.etc: Etc. concurrency rules
15755 These rules defy simple categorization:
15757 * [CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory](#Rconc-volatile2)
15758 * [CP.201: ??? Signals](#Rconc-signal)
15760 ### <a name="Rconc-volatile2"></a>CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory
15762 ##### Reason
15764 `volatile` is used to refer to objects that are shared with "non-C++" code or hardware that does not follow the C++ memory model.
15766 ##### Example
15768     const volatile long clock;
15770 This describes a register constantly updated by a clock circuit.
15771 `clock` is `volatile` because its value will change without any action from the C++ program that uses it.
15772 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:
15774     long t1 = clock;
15775     // ... no use of clock here ...
15776     long t2 = clock;
15778 `clock` is `const` because the program should not try to write to `clock`.
15780 ##### Note
15782 Unless you are writing the lowest level code manipulating hardware directly, consider `volatile` an esoteric feature that is best avoided.
15784 ##### Example
15786 Usually C++ code receives `volatile` memory that is owned elsewhere (hardware or another language):
15788     int volatile* vi = get_hardware_memory_location();
15789         // note: we get a pointer to someone else's memory here
15790         // volatile says "treat this with extra respect"
15792 Sometimes C++ code allocates the `volatile` memory and shares it with "elsewhere" (hardware or another language) by deliberately escaping a pointer:
15794     static volatile long vl;
15795     please_use_this(&vl);   // escape a reference to this to "elsewhere" (not C++)
15797 ##### Example, bad
15799 `volatile` local variables are nearly always wrong -- how can they be shared with other languages or hardware if they're ephemeral?
15800 The same applies almost as strongly to data members, for the same reason.
15802     void f()
15803     {
15804         volatile int i = 0; // bad, volatile local variable
15805         // etc.
15806     }
15808     class My_type {
15809         volatile int i = 0; // suspicious, volatile data member
15810         // etc.
15811     };
15813 ##### Note
15815 In C++, unlike in some other languages, `volatile` has [nothing to do with synchronization](#Rconc-volatile).
15817 ##### Enforcement
15819 * Flag `volatile T` local and data members; almost certainly you intended to use `atomic<T>` instead.
15820 * ???
15822 ### <a name="Rconc-signal"></a>CP.201: ??? Signals
15824 ???UNIX signal handling???. Might be worth reminding how little is async-signal-safe, and how to communicate with a signal handler (best is probably "not at all")
15827 # <a name="S-errors"></a>E: Error handling
15829 Error handling involves:
15831 * Detecting an error
15832 * Transmitting information about an error to some handler code
15833 * Preserving a valid state of the program
15834 * Avoiding resource leaks
15836 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.
15838 The rules are designed to help avoid several kinds of errors:
15840 * Type violations (e.g., misuse of `union`s and casts)
15841 * Resource leaks (including memory leaks)
15842 * Bounds errors
15843 * Lifetime errors (e.g., accessing an object after it has been `delete`d)
15844 * Complexity errors (logical errors made likely by overly complex expression of ideas)
15845 * Interface errors (e.g., an unexpected value is passed through an interface)
15847 Error-handling rule summary:
15849 * [E.1: Develop an error-handling strategy early in a design](#Re-design)
15850 * [E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task](#Re-throw)
15851 * [E.3: Use exceptions for error handling only](#Re-errors)
15852 * [E.4: Design your error-handling strategy around invariants](#Re-design-invariants)
15853 * [E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot](#Re-invariant)
15854 * [E.6: Use RAII to prevent leaks](#Re-raii)
15855 * [E.7: State your preconditions](#Re-precondition)
15856 * [E.8: State your postconditions](#Re-postcondition)
15858 * [E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable](#Re-noexcept)
15859 * [E.13: Never throw while being the direct owner of an object](#Re-never-throw)
15860 * [E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)](#Re-exception-types)
15861 * [E.15: Throw by value, catch exceptions from a hierarchy by reference](#Re-exception-ref)
15862 * [E.16: Destructors, deallocation, `swap`, and exception type copy/move construction must never fail](#Re-never-fail)
15863 * [E.17: Don't try to catch every exception in every function](#Re-not-always)
15864 * [E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`](#Re-catch)
15865 * [E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available](#Re-finally)
15867 * [E.25: If you can't throw exceptions, simulate RAII for resource management](#Re-no-throw-raii)
15868 * [E.26: If you can't throw exceptions, consider failing fast](#Re-no-throw-crash)
15869 * [E.27: If you can't throw exceptions, use error codes systematically](#Re-no-throw-codes)
15870 * [E.28: Avoid error handling based on global state (e.g. `errno`)](#Re-no-throw)
15872 * [E.30: Don't use exception specifications](#Re-specifications)
15873 * [E.31: Properly order your `catch`-clauses](#Re_catch)
15875 ### <a name="Re-design"></a>E.1: Develop an error-handling strategy early in a design
15877 ##### Reason
15879 A consistent and complete strategy for handling errors and resource leaks is hard to retrofit into a system.
15881 ### <a name="Re-throw"></a>E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task
15883 ##### Reason
15885 To make error handling systematic, robust, and non-repetitive.
15887 ##### Example
15889     struct Foo {
15890         vector<Thing> v;
15891         File_handle f;
15892         string s;
15893     };
15895     void use()
15896     {
15897         Foo bar { {Thing{1}, Thing{2}, Thing{monkey} }, {"my_file", "r"}, "Here we go!"};
15898         // ...
15899     }
15901 Here, `vector` and `string`s constructors might not be able to allocate sufficient memory for their elements, `vector`s constructor might not be able to copy the `Thing`s in its initializer list, and `File_handle` might not be able to open the required file.
15902 In each case, they throw an exception for `use()`'s caller to handle.
15903 If `use()` could handle the failure to construct `bar` it can take control using `try`/`catch`.
15904 In either case, `Foo`'s constructor correctly destroys constructed members before passing control to whatever tried to create a `Foo`.
15905 Note that there is no return value that could contain an error code.
15907 The `File_handle` constructor might be defined like this:
15909     File_handle::File_handle(const string& name, const string& mode)
15910         : f{fopen(name.c_str(), mode.c_str())}
15911     {
15912         if (!f)
15913             throw runtime_error{"File_handle: could not open " + name + " as " + mode};
15914     }
15916 ##### Note
15918 It is often said that exceptions are meant to signal exceptional events and failures.
15919 However, that's a bit circular because "what is exceptional?"
15920 Examples:
15922 * A precondition that cannot be met
15923 * A constructor that cannot construct an object (failure to establish its class's [invariant](#Rc-struct))
15924 * An out-of-range error (e.g., `v[v.size()] = 7`)
15925 * Inability to acquire a resource (e.g., the network is down)
15927 In contrast, termination of an ordinary loop is not exceptional.
15928 Unless the loop was meant to be infinite, termination is normal and expected.
15930 ##### Note
15932 Don't use a `throw` as simply an alternative way of returning a value from a function.
15934 ##### Exception
15936 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`.
15938 **See also**: [RAII](#Re-raii)
15940 **See also**: [discussion](#Sd-noexcept)
15942 ##### Note
15944 Before deciding that you cannot afford or don't like exception-based error handling, have a look at the [alternatives](#Re-no-throw-raii);
15945 they have their own complexities and problems.
15946 Also, as far as possible, measure before making claims about efficiency.
15948 ### <a name="Re-errors"></a>E.3: Use exceptions for error handling only
15950 ##### Reason
15952 To keep error handling separated from "ordinary code."
15953 C++ implementations tend to be optimized based on the assumption that exceptions are rare.
15955 ##### Example, don't
15957     // don't: exception not used for error handling
15958     int find_index(vector<string>& vec, const string& x)
15959     {
15960         try {
15961             for (gsl::index i = 0; i < vec.size(); ++i)
15962                 if (vec[i] == x) throw i;  // found x
15963         }
15964         catch (int i) {
15965             return i;
15966         }
15967         return -1;   // not found
15968     }
15970 This is more complicated and most likely runs much slower than the obvious alternative.
15971 There is nothing exceptional about finding a value in a `vector`.
15973 ##### Enforcement
15975 Would need to be heuristic.
15976 Look for exception values "leaked" out of `catch` clauses.
15978 ### <a name="Re-design-invariants"></a>E.4: Design your error-handling strategy around invariants
15980 ##### Reason
15982 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.
15984 ##### Note
15986 An [invariant](#Rc-struct) is a logical condition for the members of an object that a constructor must establish for the public member functions to assume.
15988 ##### Enforcement
15992 ### <a name="Re-invariant"></a>E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot
15994 ##### Reason
15996 Leaving an object without its invariant established is asking for trouble.
15997 Not all member functions can be called.
15999 ##### Example
16001     class Vector {  // very simplified vector of doubles
16002         // if elem != nullptr then elem points to sz doubles
16003     public:
16004         Vector() : elem{nullptr}, sz{0}{}
16005         Vector(int s) : elem{new double[s]}, sz{s} { /* initialize elements */ }
16006         ~Vector() { delete [] elem; }
16007         double& operator[](int s) { return elem[s]; }
16008         // ...
16009     private:
16010         owner<double*> elem;
16011         int sz;
16012     };
16014 The class invariant - here stated as a comment - is established by the constructors.
16015 `new` throws if it cannot allocate the required memory.
16016 The operators, notably the subscript operator, rely on the invariant.
16018 **See also**: [If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
16020 ##### Enforcement
16022 Flag classes with `private` state without a constructor (public, protected, or private).
16024 ### <a name="Re-raii"></a>E.6: Use RAII to prevent leaks
16026 ##### Reason
16028 Leaks are typically unacceptable.
16029 Manual resource release is error-prone.
16030 RAII ("Resource Acquisition Is Initialization") is the simplest, most systematic way of preventing leaks.
16032 ##### Example
16034     void f1(int i)   // Bad: possible leak
16035     {
16036         int* p = new int[12];
16037         // ...
16038         if (i < 17) throw Bad{"in f()", i};
16039         // ...
16040     }
16042 We could carefully release the resource before the throw:
16044     void f2(int i)   // Clumsy and error-prone: explicit release
16045     {
16046         int* p = new int[12];
16047         // ...
16048         if (i < 17) {
16049             delete[] p;
16050             throw Bad{"in f()", i};
16051         }
16052         // ...
16053     }
16055 This is verbose. In larger code with multiple possible `throw`s explicit releases become repetitive and error-prone.
16057     void f3(int i)   // OK: resource management done by a handle (but see below)
16058     {
16059         auto p = make_unique<int[]>(12);
16060         // ...
16061         if (i < 17) throw Bad{"in f()", i};
16062         // ...
16063     }
16065 Note that this works even when the `throw` is implicit because it happened in a called function:
16067     void f4(int i)   // OK: resource management done by a handle (but see below)
16068     {
16069         auto p = make_unique<int[]>(12);
16070         // ...
16071         helper(i);   // might throw
16072         // ...
16073     }
16075 Unless you really need pointer semantics, use a local resource object:
16077     void f5(int i)   // OK: resource management done by local object
16078     {
16079         vector<int> v(12);
16080         // ...
16081         helper(i);   // might throw
16082         // ...
16083     }
16085 That's even simpler and safer, and often more efficient.
16087 ##### Note
16089 If there is no obvious resource handle and for some reason defining a proper RAII object/handle is infeasible,
16090 as a last resort, cleanup actions can be represented by a [`final_action`](#Re-finally) object.
16092 ##### Note
16094 But what do we do if we are writing a program where exceptions cannot be used?
16095 First challenge that assumption; there are many anti-exceptions myths around.
16096 We know of only a few good reasons:
16098 * We are on a system so small that the exception support would eat up most of our 2K memory.
16099 * 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.
16100 * We are in a system with tons of legacy code using lots of pointers in difficult-to-understand ways
16101   (in particular without a recognizable ownership strategy) so that exceptions could cause leaks.
16102 * Our implementation of the C++ exception mechanisms is unreasonably poor
16103 (slow, memory consuming, failing to work correctly for dynamically linked libraries, etc.).
16104 Complain to your implementation purveyor; if no user complains, no improvement will happen.
16105 * We get fired if we challenge our manager's ancient wisdom.
16107 Only the first of these reasons is fundamental, so whenever possible, use exceptions to implement RAII, or design your RAII objects to never fail.
16108 When exceptions cannot be used, simulate RAII.
16109 That is, systematically check that objects are valid after construction and still release all resources in the destructor.
16110 One strategy is to add a `valid()` operation to every resource handle:
16112     void f()
16113     {
16114         vector<string> vs(100);   // not std::vector: valid() added
16115         if (!vs.valid()) {
16116             // handle error or exit
16117         }
16119         ifstream fs("foo");   // not std::ifstream: valid() added
16120         if (!fs.valid()) {
16121             // handle error or exit
16122         }
16124         // ...
16125     } // destructors clean up as usual
16127 Obviously, this increases the size of the code, doesn't allow for implicit propagation of "exceptions" (`valid()` checks), and `valid()` checks can be forgotten.
16128 Prefer to use exceptions.
16130 **See also**: [Use of `noexcept`](#Re-noexcept)
16132 ##### Enforcement
16136 ### <a name="Re-precondition"></a>E.7: State your preconditions
16138 ##### Reason
16140 To avoid interface errors.
16142 **See also**: [precondition rule](#Ri-pre)
16144 ### <a name="Re-postcondition"></a>E.8: State your postconditions
16146 ##### Reason
16148 To avoid interface errors.
16150 **See also**: [postcondition rule](#Ri-post)
16152 ### <a name="Re-noexcept"></a>E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable
16154 ##### Reason
16156 To make error handling systematic, robust, and efficient.
16158 ##### Example
16160     double compute(double d) noexcept
16161     {
16162         return log(sqrt(d <= 0 ? 1 : d));
16163     }
16165 Here, we know that `compute` will not throw because it is composed out of operations that don't throw.
16166 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`.
16168 ##### Note
16170 Many standard-library functions are `noexcept` including all the standard-library functions "inherited" from the C Standard Library.
16172 ##### Example
16174     vector<double> munge(const vector<double>& v) noexcept
16175     {
16176         vector<double> v2(v.size());
16177         // ... do something ...
16178     }
16180 The `noexcept` here states that I am not willing or able to handle the situation where I cannot construct the local `vector`.
16181 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.
16183 ##### Note
16185 Do not use traditional [exception-specifications](#Re-specifications).
16187 ##### See also
16189 [discussion](#Sd-noexcept).
16191 ### <a name="Re-never-throw"></a>E.13: Never throw while being the direct owner of an object
16193 ##### Reason
16195 That would be a leak.
16197 ##### Example
16199     void leak(int x)   // don't: might leak
16200     {
16201         auto p = new int{7};
16202         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // might leak *p
16203         // ...
16204         delete p;   // we might never get here
16205     }
16207 One way of avoiding such problems is to use resource handles consistently:
16209     void no_leak(int x)
16210     {
16211         auto p = make_unique<int>(7);
16212         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // will delete *p if necessary
16213         // ...
16214         // no need for delete p
16215     }
16217 Another solution (often better) would be to use a local variable to eliminate explicit use of pointers:
16219     void no_leak_simplified(int x)
16220     {
16221         vector<int> v(7);
16222         // ...
16223     }
16225 ##### Note
16227 If you have a local "thing" that requires cleanup, but is not represented by an object with a destructor, such cleanup must
16228 also be done before a `throw`.
16229 Sometimes, [`finally()`](#Re-finally) can make such unsystematic cleanup a bit more manageable.
16231 ### <a name="Re-exception-types"></a>E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)
16233 ##### Reason
16235 A user-defined type can better transmit information about an error to a handler.  Information
16236 can be encoded into the type itself and the type is unlikely to clash with other people's exceptions.
16238 ##### Example
16240     throw 7; // bad
16242     throw "something bad";  // bad
16244     throw std::exception{}; // bad - no info
16246 Deriving from `std::exception` gives the flexibility to catch the specific exception or handle generally through `std::exception`:
16248     class MyException : public std::runtime_error
16249     {
16250     public:
16251         MyException(const string& msg) : std::runtime_error{msg} {}
16252         // ...
16253     };
16255     // ...
16257     throw MyException{"something bad"};  // good
16259 Exceptions do not need to be derived from `std::exception`:
16261     class MyCustomError final {};  // not derived from std::exception
16263     // ...
16265     throw MyCustomError{};  // good - handlers must catch this type (or ...)
16267 Library types derived from `std::exception` can be used as generic exceptions if
16268 no useful information can be added at the point of detection:
16270     throw std::runtime_error("someting bad"); // good
16272     // ...
16274     throw std::invalid_argument("i is not even"); // good
16276 `enum` classes are also allowed:
16278     enum class alert {RED, YELLOW, GREEN};
16280     throw alert::RED; // good
16282 ##### Enforcement
16284 Catch `throw` of built-in types and `std::exception`.
16286 ### <a name="Re-exception-ref"></a>E.15: Throw by value, catch exceptions from a hierarchy by reference
16288 ##### Reason
16290 Throwing by value (not by pointer) and catching by reference prevents copying, especially slicing base subobjects.
16292 ##### Example; bad
16294     void f()
16295     {
16296         try {
16297             // ...
16298             throw new widget{}; // don't: throw by value not by raw pointer
16299             // ...
16300         }
16301         catch (base_class e) {  // don't: might slice
16302             // ...
16303         }
16304     }
16306 Instead, use a reference:
16308     catch (base_class& e) { /* ... */ }
16310 or - typically better still - a `const` reference:
16312     catch (const base_class& e) { /* ... */ }
16314 Most handlers do not modify their exception and in general we [recommend use of `const`](#Res-const).
16316 ##### Note
16318 Catch by value can be appropriate for a small value type such as an `enum` value.
16320 ##### Note
16322 To rethrow a caught exception use `throw;` not `throw e;`. Using `throw e;` would throw a new copy of `e` (sliced to the static type `std::exception`, when the exception is caught by `catch (const std::exception& e)`) instead of rethrowing the original exception of type `std::runtime_error`. (But keep [Don't try to catch every exception in every function](#Re-not-always) and [Minimize the use of explicit `try`/`catch`](#Re-catch) in mind.)
16324 ##### Enforcement
16326 * Flag catching by value of a type that has a virtual function.
16327 * Flag throwing raw pointers.
16329 ### <a name="Re-never-fail"></a>E.16: Destructors, deallocation, `swap`, and exception type copy/move construction must never fail
16331 ##### Reason
16333 We don't know how to write reliable programs if a destructor, a swap, a memory deallocation, or attempting to copy/move-construct an exception object fails; that is, if it exits by an exception or simply doesn't perform its required action.
16335 ##### Example, don't
16337     class Connection {
16338         // ...
16339     public:
16340         ~Connection()   // Don't: very bad destructor
16341         {
16342             if (cannot_disconnect()) throw I_give_up{information};
16343             // ...
16344         }
16345     };
16347 ##### Note
16349 Many have tried to write reliable code violating this rule for examples, such as a network connection that "refuses to close".
16350 To the best of our knowledge nobody has found a general way of doing this.
16351 Occasionally, for very specific examples, you can get away with setting some state for future cleanup.
16352 For example, we might put a socket that does not want to close on a "bad socket" list,
16353 to be examined by a regular sweep of the system state.
16354 Every example we have seen of this is error-prone, specialized, and often buggy.
16356 ##### Note
16358 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.
16360 ##### Note
16362 * Deallocation functions, including `operator delete`, must be `noexcept`.
16363 * `swap` functions must be `noexcept`.
16364 * Most destructors are implicitly `noexcept` by default.
16365 * Also, [make move operations `noexcept`](#Rc-move-noexcept).
16366 * If writing a type intended to be used as an exception type, ensure its copy constructor is not `noexcept`. In general we cannot mechanically enforce this, because we do not know whether a type is intended to be used as an exception type.
16367 * Try not to `throw` a type whose copy constructor is not `noexcept`. In general we cannot mechanically enforce this, because even `throw std::string(...)` could throw but does not in practice.
16369 ##### Enforcement
16371 * Catch destructors, deallocation operations, and `swap`s that `throw`.
16372 * Catch such operations that are not `noexcept`.
16374 **See also**: [discussion](#Sd-never-fail)
16376 ### <a name="Re-not-always"></a>E.17: Don't try to catch every exception in every function
16378 ##### Reason
16380 Catching an exception in a function that cannot take a meaningful recovery action leads to complexity and waste.
16381 Let an exception propagate until it reaches a function that can handle it.
16382 Let cleanup actions on the unwinding path be handled by [RAII](#Re-raii).
16384 ##### Example, don't
16386     void f()   // bad
16387     {
16388         try {
16389             // ...
16390         }
16391         catch (...) {
16392             // no action
16393             throw;   // propagate exception
16394         }
16395     }
16397 ##### Enforcement
16399 * Flag nested try-blocks.
16400 * Flag source code files with a too high ratio of try-blocks to functions. (??? Problem: define "too high")
16402 ### <a name="Re-catch"></a>E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`
16404 ##### Reason
16406  `try`/`catch` is verbose and non-trivial uses are error-prone.
16407  `try`/`catch` can be a sign of unsystematic and/or low-level resource management or error handling.
16409 ##### Example, Bad
16411     void f(zstring s)
16412     {
16413         Gadget* p;
16414         try {
16415             p = new Gadget(s);
16416             // ...
16417             delete p;
16418         }
16419         catch (Gadget_construction_failure) {
16420             delete p;
16421             throw;
16422         }
16423     }
16425 This code is messy.
16426 There could be a leak from the naked pointer in the `try` block.
16427 Not all exceptions are handled.
16428 `deleting` an object that failed to construct is almost certainly a mistake.
16429 Better:
16431     void f2(zstring s)
16432     {
16433         Gadget g {s};
16434     }
16436 ##### Alternatives
16438 * proper resource handles and [RAII](#Re-raii)
16439 * [`finally`](#Re-finally)
16441 ##### Enforcement
16443 ??? hard, needs a heuristic
16445 ### <a name="Re-finally"></a>E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available
16447 ##### Reason
16449 `finally` from the [GSL](#gsl-guidelines-support-library) is less verbose and harder to get wrong than `try`/`catch`.
16451 ##### Example
16453     void f(int n)
16454     {
16455         void* p = malloc(n);
16456         auto _ = gsl::finally([p] { free(p); });
16457         // ...
16458     }
16460 ##### Note
16462 `finally` is not as messy as `try`/`catch`, but it is still ad-hoc.
16463 Prefer [proper resource management objects](#Re-raii).
16464 Consider `finally` a last resort.
16466 ##### Note
16468 Use of `finally` is a systematic and reasonably clean alternative to the old [`goto exit;` technique](#Re-no-throw-codes)
16469 for dealing with cleanup where resource management is not systematic.
16471 ##### Enforcement
16473 Heuristic: Detect `goto exit;`
16475 ### <a name="Re-no-throw-raii"></a>E.25: If you can't throw exceptions, simulate RAII for resource management
16477 ##### Reason
16479 Even without exceptions, [RAII](#Re-raii) is usually the best and most systematic way of dealing with resources.
16481 ##### Note
16483 Error handling using exceptions is the only complete and systematic way of handling non-local errors in C++.
16484 In particular, non-intrusively signaling failure to construct an object requires an exception.
16485 Signaling errors in a way that cannot be ignored requires exceptions.
16486 If you can't use exceptions, simulate their use as best you can.
16488 A lot of fear of exceptions is misguided.
16489 When used for exceptional circumstances in code that is not littered with pointers and complicated control structures,
16490 exception handling is almost always affordable (in time and space) and almost always leads to better code.
16491 This, of course, assumes a good implementation of the exception handling mechanisms, which is not available on all systems.
16492 There are also cases where the problems above do not apply, but exceptions cannot be used for other reasons.
16493 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.
16494 In the absence of appropriate time estimation tools, this is hard to guarantee for exceptions.
16495 Such systems (e.g. flight control software) typically also ban the use of dynamic (heap) memory.
16497 So, the primary guideline for error handling is "use exceptions and [RAII](#Re-raii)."
16498 This section deals with the cases where you either do not have an efficient implementation of exceptions,
16499 or have such a rat's nest of old-style code
16500 (e.g., lots of pointers, ill-defined ownership, and lots of unsystematic error handling based on tests of error codes)
16501 that it is infeasible to introduce simple and systematic exception handling.
16503 Before condemning exceptions or complaining too much about their cost, consider examples of the use of [error codes](#Re-no-throw-codes).
16504 Consider the cost and complexity of the use of error codes.
16505 If performance is your worry, measure.
16507 ##### Example
16509 Assume you wanted to write
16511     void func(zstring arg)
16512     {
16513         Gadget g {arg};
16514         // ...
16515     }
16517 If the `gadget` isn't correctly constructed, `func` exits with an exception.
16518 If we cannot throw an exception, we can simulate this RAII style of resource handling by adding a `valid()` member function to `Gadget`:
16520     error_indicator func(zstring arg)
16521     {
16522         Gadget g {arg};
16523         if (!g.valid()) return gadget_construction_error;
16524         // ...
16525         return 0;   // zero indicates "good"
16526     }
16528 The problem is of course that the caller now has to remember to test the return value. To encourage doing so, consider adding a `[[nodiscard]]`.
16530 **See also**: [Discussion](#Sd-???)
16532 ##### Enforcement
16534 Possible (only) for specific versions of this idea: e.g., test for systematic test of `valid()` after resource handle construction
16536 ### <a name="Re-no-throw-crash"></a>E.26: If you can't throw exceptions, consider failing fast
16538 ##### Reason
16540 If you can't do a good job at recovering, at least you can get out before too much consequential damage is done.
16542 **See also**: [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii)
16544 ##### Note
16546 If you cannot be systematic about error handling, consider "crashing" as a response to any error that cannot be handled locally.
16547 That is, if you cannot recover from an error in the context of the function that detected it, call `abort()`, `quick_exit()`,
16548 or a similar function that will trigger some sort of system restart.
16550 In systems where you have lots of processes and/or lots of computers, you need to expect and handle fatal crashes anyway,
16551 say from hardware failures.
16552 In such cases, "crashing" is simply leaving error handling to the next level of the system.
16554 ##### Example
16556     void f(int n)
16557     {
16558         // ...
16559         p = static_cast<X*>(malloc(n * sizeof(X)));
16560         if (!p) abort();     // abort if memory is exhausted
16561         // ...
16562     }
16564 Most programs cannot handle memory exhaustion gracefully anyway. This is roughly equivalent to
16566     void f(int n)
16567     {
16568         // ...
16569         p = new X[n];    // throw if memory is exhausted (by default, terminate)
16570         // ...
16571     }
16573 Typically, it is a good idea to log the reason for the "crash" before exiting.
16575 ##### Enforcement
16577 Awkward
16579 ### <a name="Re-no-throw-codes"></a>E.27: If you can't throw exceptions, use error codes systematically
16581 ##### Reason
16583 Systematic use of any error-handling strategy minimizes the chance of forgetting to handle an error.
16585 **See also**: [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii)
16587 ##### Note
16589 There are several issues to be addressed:
16591 * How do you transmit an error indicator from out of a function?
16592 * How do you release all resources from a function before doing an error exit?
16593 * What do you use as an error indicator?
16595 In general, returning an error indicator implies returning two values: The result and an error indicator.
16596 The error indicator can be part of the object, e.g. an object can have a `valid()` indicator
16597 or a pair of values can be returned.
16599 ##### Example
16601     Gadget make_gadget(int n)
16602     {
16603         // ...
16604     }
16606     void user()
16607     {
16608         Gadget g = make_gadget(17);
16609         if (!g.valid()) {
16610                 // error handling
16611         }
16612         // ...
16613     }
16615 This approach fits with [simulated RAII resource management](#Re-no-throw-raii).
16616 The `valid()` function could return an `error_indicator` (e.g. a member of an `error_indicator` enumeration).
16618 ##### Example
16620 What if we cannot or do not want to modify the `Gadget` type?
16621 In that case, we must return a pair of values.
16622 For example:
16624     std::pair<Gadget, error_indicator> make_gadget(int n)
16625     {
16626         // ...
16627     }
16629     void user()
16630     {
16631         auto r = make_gadget(17);
16632         if (!r.second) {
16633                 // error handling
16634         }
16635         Gadget& g = r.first;
16636         // ...
16637     }
16639 As shown, `std::pair` is a possible return type.
16640 Some people prefer a specific type.
16641 For example:
16643     Gval make_gadget(int n)
16644     {
16645         // ...
16646     }
16648     void user()
16649     {
16650         auto r = make_gadget(17);
16651         if (!r.err) {
16652                 // error handling
16653         }
16654         Gadget& g = r.val;
16655         // ...
16656     }
16658 One reason to prefer a specific return type is to have names for its members, rather than the somewhat cryptic `first` and `second`
16659 and to avoid confusion with other uses of `std::pair`.
16661 ##### Example
16663 In general, you must clean up before an error exit.
16664 This can be messy:
16666     std::pair<int, error_indicator> user()
16667     {
16668         Gadget g1 = make_gadget(17);
16669         if (!g1.valid()) {
16670             return {0, g1_error};
16671         }
16673         Gadget g2 = make_gadget(31);
16674         if (!g2.valid()) {
16675             cleanup(g1);
16676             return {0, g2_error};
16677         }
16679         // ...
16681         if (all_foobar(g1, g2)) {
16682             cleanup(g2);
16683             cleanup(g1);
16684             return {0, foobar_error};
16685         }
16687         // ...
16689         cleanup(g2);
16690         cleanup(g1);
16691         return {res, 0};
16692     }
16694 Simulating RAII can be non-trivial, especially in functions with multiple resources and multiple possible errors.
16695 A not uncommon technique is to gather cleanup at the end of the function to avoid repetition (note that the extra scope around `g2` is undesirable but necessary to make the `goto` version compile):
16697     std::pair<int, error_indicator> user()
16698     {
16699         error_indicator err = 0;
16700         int res = 0;
16702         Gadget g1 = make_gadget(17);
16703         if (!g1.valid()) {
16704             err = g1_error;
16705             goto g1_exit;
16706         }
16708         {
16709             Gadget g2 = make_gadget(31);
16710             if (!g2.valid()) {
16711                 err = g2_error;
16712                 goto g2_exit;
16713             }
16715             if (all_foobar(g1, g2)) {
16716                 err = foobar_error;
16717                 goto g2_exit;
16718             }
16720             // ...
16722         g2_exit:
16723             if (g2.valid()) cleanup(g2);
16724         }
16726     g1_exit:
16727         if (g1.valid()) cleanup(g1);
16728         return {res, err};
16729     }
16731 The larger the function, the more tempting this technique becomes.
16732 `finally` can [ease the pain a bit](#Re-finally).
16733 Also, the larger the program becomes the harder it is to apply an error-indicator-based error-handling strategy systematically.
16735 We [prefer exception-based error handling](#Re-throw) and recommend [keeping functions short](#Rf-single).
16737 **See also**: [Discussion](#Sd-???)
16739 **See also**: [Returning multiple values](#Rf-out-multi)
16741 ##### Enforcement
16743 Awkward.
16745 ### <a name="Re-no-throw"></a>E.28: Avoid error handling based on global state (e.g. `errno`)
16747 ##### Reason
16749 Global state is hard to manage and it is easy to forget to check it.
16750 When did you last test the return value of `printf()`?
16752 **See also**: [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii)
16754 ##### Example, bad
16756     int last_err;
16758     void f(int n)
16759     {
16760         // ...
16761         p = static_cast<X*>(malloc(n * sizeof(X)));
16762         if (!p) last_err = -1;     // error if memory is exhausted
16763         // ...
16764     }
16766 ##### Note
16768 C-style error handling is based on the global variable `errno`, so it is essentially impossible to avoid this style completely.
16770 ##### Enforcement
16772 Awkward.
16775 ### <a name="Re-specifications"></a>E.30: Don't use exception specifications
16777 ##### Reason
16779 Exception specifications make error handling brittle, impose a run-time cost, and have been removed from the C++ standard.
16781 ##### Example
16783     int use(int arg)
16784         throw(X, Y)
16785     {
16786         // ...
16787         auto x = f(arg);
16788         // ...
16789     }
16791 If `f()` throws an exception different from `X` and `Y` the unexpected handler is invoked, which by default terminates.
16792 That's OK, but say that we have checked that this cannot happen and `f` is changed to throw a new exception `Z`,
16793 we now have a crash on our hands unless we change `use()` (and re-test everything).
16794 The snag is that `f()` might be in a library we do not control and the new exception is not anything that `use()` can do
16795 anything about or is in any way interested in.
16796 We can change `use()` to pass `Z` through, but now `use()`'s callers probably need to be modified.
16797 This quickly becomes unmanageable.
16798 Alternatively, we can add a `try`-`catch` to `use()` to map `Z` into an acceptable exception.
16799 This too, quickly becomes unmanageable.
16800 Note that changes to the set of exceptions often happens at the lowest level of a system
16801 (e.g., because of changes to a network library or some middleware), so changes "bubble up" through long call chains.
16802 In a large code base, this could mean that nobody could update to a new version of a library until the last user was modified.
16803 If `use()` is part of a library, it might not be possible to update it because a change could affect unknown clients.
16805 The policy of letting exceptions propagate until they reach a function that potentially can handle it has proven itself over the years.
16807 ##### Note
16809 No. This would not be any better had exception specifications been statically enforced.
16810 For example, see [Stroustrup94](#Stroustrup94).
16812 ##### Note
16814 If no exception can be thrown, use [`noexcept`](#Re-noexcept).
16816 ##### Enforcement
16818 Flag every exception specification.
16820 ### <a name="Re_catch"></a>E.31: Properly order your `catch`-clauses
16822 ##### Reason
16824 `catch`-clauses are evaluated in the order they appear and one clause can hide another.
16826 ##### Example, bad
16828     void f()
16829     {
16830         // ...
16831         try {
16832                 // ...
16833         }
16834         catch (Base& b) { /* ... */ }
16835         catch (Derived& d) { /* ... */ }
16836         catch (...) { /* ... */ }
16837         catch (std::exception& e) { /* ... */ }
16838     }
16840 If `Derived`is derived from `Base` the `Derived`-handler will never be invoked.
16841 The "catch everything" handler ensured that the `std::exception`-handler will never be invoked.
16843 ##### Enforcement
16845 Flag all "hiding handlers".
16847 # <a name="S-const"></a>Con: Constants and immutability
16849 You can't have a race condition on a constant.
16850 It is easier to reason about a program when many of the objects cannot change their values.
16851 Interfaces that promise "no change" of objects passed as arguments greatly increase readability.
16853 Constant rule summary:
16855 * [Con.1: By default, make objects immutable](#Rconst-immutable)
16856 * [Con.2: By default, make member functions `const`](#Rconst-fct)
16857 * [Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s](#Rconst-ref)
16858 * [Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction](#Rconst-const)
16859 * [Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time](#Rconst-constexpr)
16861 ### <a name="Rconst-immutable"></a>Con.1: By default, make objects immutable
16863 ##### Reason
16865 Immutable objects are easier to reason about, so make objects non-`const` only when there is a need to change their value.
16866 Prevents accidental or hard-to-notice change of value.
16868 ##### Example
16870     for (const int i : c) cout << i << '\n';    // just reading: const
16872     for (int i : c) cout << i << '\n';          // BAD: just reading
16874 ##### Exceptions
16876 A local variable that is returned by value and is cheaper to move than copy should not be declared `const`
16877 because it can force an unnecessary copy.
16879     std::vector<int> f(int i)
16880     {
16881         std::vector<int> v{ i, i, i };  // const not needed
16882         return v;
16883     }
16885 Function parameters passed by value are rarely mutated, but also rarely declared `const`.
16886 To avoid confusion and lots of false positives, don't enforce this rule for function parameters.
16888     void g(const int i) { ... }  // pedantic
16890 Note that a function parameter is a local variable so changes to it are local.
16892 ##### Enforcement
16894 * Flag non-`const` variables that are not modified (except for parameters to avoid many false positives
16895 and returned local variables)
16897 ### <a name="Rconst-fct"></a>Con.2: By default, make member functions `const`
16899 ##### Reason
16901 A member function should be marked `const` unless it changes the object's observable state.
16902 This gives a more precise statement of design intent, better readability, more errors caught by the compiler, and sometimes more optimization opportunities.
16904 ##### Example, bad
16906     class Point {
16907         int x, y;
16908     public:
16909         int getx() { return x; }    // BAD, should be const as it doesn't modify the object's state
16910         // ...
16911     };
16913     void f(const Point& pt)
16914     {
16915         int x = pt.getx();          // ERROR, doesn't compile because getx was not marked const
16916     }
16918 ##### Note
16920 It is not inherently bad to pass a pointer or reference to non-`const`,
16921 but that should be done only when the called function is supposed to modify the object.
16922 A reader of code must assume that a function that takes a "plain" `T*` or `T&` will modify the object referred to.
16923 If it doesn't now, it might do so later without forcing recompilation.
16925 ##### Note
16927 There are code/libraries that offer functions that declare a `T*` even though
16928 those functions do not modify that `T`.
16929 This is a problem for people modernizing code.
16930 You can
16932 * update the library to be `const`-correct; preferred long-term solution
16933 * "cast away `const`"; [best avoided](#Res-casts-const)
16934 * provide a wrapper function
16936 Example:
16938     void f(int* p);   // old code: f() does not modify `*p`
16939     void f(const int* p) { f(const_cast<int*>(p)); } // wrapper
16941 Note that this wrapper solution is a patch that should be used only when the declaration of `f()` cannot be modified,
16942 e.g. because it is in a library that you cannot modify.
16944 ##### Note
16946 A `const` member function can modify the value of an object that is `mutable` or accessed through a pointer member.
16947 A common use is to maintain a cache rather than repeatedly do a complicated computation.
16948 For example, here is a `Date` that caches (memoizes) its string representation to simplify repeated uses:
16950     class Date {
16951     public:
16952         // ...
16953         const string& string_ref() const
16954         {
16955             if (string_val == "") compute_string_rep();
16956             return string_val;
16957         }
16958         // ...
16959     private:
16960         void compute_string_rep() const;    // compute string representation and place it in string_val
16961         mutable string string_val;
16962         // ...
16963     };
16965 Another way of saying this is that `const`ness is not transitive.
16966 It is possible for a `const` member function to change the value of `mutable` members and the value of objects accessed
16967 through non-`const` pointers.
16968 It is the job of the class to ensure such mutation is done only when it makes sense according to the semantics (invariants)
16969 it offers to its users.
16971 **See also**: [Pimpl](#Ri-pimpl)
16973 ##### Enforcement
16975 * Flag a member function that is not marked `const`, but that does not perform a non-`const` operation on any data member.
16977 ### <a name="Rconst-ref"></a>Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s
16979 ##### Reason
16981  To avoid a called function unexpectedly changing the value.
16982  It's far easier to reason about programs when called functions don't modify state.
16984 ##### Example
16986     void f(char* p);        // does f modify *p? (assume it does)
16987     void g(const char* p);  // g does not modify *p
16989 ##### Note
16991 It is not inherently bad to pass a pointer or reference to non-`const`,
16992 but that should be done only when the called function is supposed to modify the object.
16994 ##### Note
16996 [Do not cast away `const`](#Res-casts-const).
16998 ##### Enforcement
17000 * Flag a function that does not modify an object passed by pointer or reference to non-`const`
17001 * Flag a function that (using a cast) modifies an object passed by pointer or reference to `const`
17003 ### <a name="Rconst-const"></a>Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction
17005 ##### Reason
17007  Prevent surprises from unexpectedly changed object values.
17009 ##### Example
17011     void f()
17012     {
17013         int x = 7;
17014         const int y = 9;
17016         for (;;) {
17017             // ...
17018         }
17019         // ...
17020     }
17022 As `x` is not `const`, we must assume that it is modified somewhere in the loop.
17024 ##### Enforcement
17026 * Flag unmodified non-`const` variables.
17028 ### <a name="Rconst-constexpr"></a>Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time
17030 ##### Reason
17032 Better performance, better compile-time checking, guaranteed compile-time evaluation, no possibility of race conditions.
17034 ##### Example
17036     double x = f(2);            // possible run-time evaluation
17037     const double y = f(2);      // possible run-time evaluation
17038     constexpr double z = f(2);  // error unless f(2) can be evaluated at compile time
17040 ##### Note
17042 See F.4.
17044 ##### Enforcement
17046 * Flag `const` definitions with constant expression initializers.
17048 # <a name="S-templates"></a>T: Templates and generic programming
17050 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
17051 In C++, generic programming is supported by the `template` language mechanisms.
17053 Arguments to generic functions are characterized by sets of requirements on the argument types and values involved.
17054 In C++, these requirements are expressed by compile-time predicates called concepts.
17056 Templates can also be used for meta-programming; that is, programs that compose code at compile time.
17058 A central notion in generic programming is "concepts"; that is, requirements on template arguments presented as compile-time predicates.
17059 "Concepts" were standardized in C++20, although they were first made available, in slightly older syntax, in GCC 6.1.
17061 Template use rule summary:
17063 * [T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code](#Rt-raise)
17064 * [T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types](#Rt-algo)
17065 * [T.3: Use templates to express containers and ranges](#Rt-cont)
17066 * [T.4: Use templates to express syntax tree manipulation](#Rt-expr)
17067 * [T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs](#Rt-generic-oo)
17069 Concept use rule summary:
17071 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
17072 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std-concepts)
17073 * [T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables](#Rt-auto)
17074 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
17075 * ???
17077 Concept definition rule summary:
17079 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
17080 * [T.21: Require a complete set of operations for a concept](#Rt-complete)
17081 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
17082 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
17083 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
17084 * [T.25: Avoid complementary constraints](#Rt-not)
17085 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
17086 * [T.30: Use concept negation (`!C<T>`) sparingly to express a minor difference](#Rt-???)
17087 * [T.31: Use concept disjunction (`C1<T> || C2<T>`) sparingly to express alternatives](#Rt-???)
17088 * ???
17090 Template interface rule summary:
17092 * [T.40: Use function objects to pass operations to algorithms](#Rt-fo)
17093 * [T.41: Require only essential properties in a template's concepts](#Rt-essential)
17094 * [T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details](#Rt-alias)
17095 * [T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases](#Rt-using)
17096 * [T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)](#Rt-deduce)
17097 * [T.46: Require template arguments to be at least semiregular](#Rt-regular)
17098 * [T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names](#Rt-visible)
17099 * [T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`](#Rt-concept-def)
17100 * [T.49: Where possible, avoid type-erasure](#Rt-erasure)
17102 Template definition rule summary:
17104 * [T.60: Minimize a template's context dependencies](#Rt-depend)
17105 * [T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)](#Rt-scary)
17106 * [T.62: Place non-dependent class template members in a non-templated base class](#Rt-nondependent)
17107 * [T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates](#Rt-specialization)
17108 * [T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of functions](#Rt-tag-dispatch)
17109 * [T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types](#Rt-specialization2)
17110 * [T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities](#Rt-cast)
17111 * [T.69: Inside a template, don't make an unqualified non-member function call unless you intend it to be a customization point](#Rt-customization)
17113 Template and hierarchy rule summary:
17115 * [T.80: Do not naively templatize a class hierarchy](#Rt-hier)
17116 * [T.81: Do not mix hierarchies and arrays](#Rt-array) // ??? somewhere in "hierarchies"
17117 * [T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable](#Rt-linear)
17118 * [T.83: Do not declare a member function template virtual](#Rt-virtual)
17119 * [T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface](#Rt-abi)
17120 * [T.??: ????](#Rt-???)
17122 Variadic template rule summary:
17124 * [T.100: Use variadic templates when you need a function that takes a variable number of arguments of a variety of types](#Rt-variadic)
17125 * [T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-pass)
17126 * [T.102: ??? How to process arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-process)
17127 * [T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists](#Rt-variadic-not)
17128 * [T.??: ????](#Rt-???)
17130 Metaprogramming rule summary:
17132 * [T.120: Use template metaprogramming only when you really need to](#Rt-metameta)
17133 * [T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts](#Rt-emulate)
17134 * [T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time](#Rt-tmp)
17135 * [T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time](#Rt-fct)
17136 * [T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities](#Rt-std-tmp)
17137 * [T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library](#Rt-lib)
17138 * [T.??: ????](#Rt-???)
17140 Other template rules summary:
17142 * [T.140: If an operation can be reused, give it a name](#Rt-name)
17143 * [T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only](#Rt-lambda)
17144 * [T.142: Use template variables to simplify notation](#Rt-var)
17145 * [T.143: Don't write unintentionally non-generic code](#Rt-non-generic)
17146 * [T.144: Don't specialize function templates](#Rt-specialize-function)
17147 * [T.150: Check that a class matches a concept using `static_assert`](#Rt-check-class)
17148 * [T.??: ????](#Rt-???)
17150 ## <a name="SS-GP"></a>T.gp: Generic programming
17152 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
17154 ### <a name="Rt-raise"></a>T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code
17156 ##### Reason
17158 Generality. Reuse. Efficiency. Encourages consistent definition of user types.
17160 ##### Example, bad
17162 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":
17164     template<typename T>
17165         requires Incrementable<T>
17166     T sum1(vector<T>& v, T s)
17167     {
17168         for (auto x : v) s += x;
17169         return s;
17170     }
17172     template<typename T>
17173         requires Simple_number<T>
17174     T sum2(vector<T>& v, T s)
17175     {
17176         for (auto x : v) s = s + x;
17177         return s;
17178     }
17180 Assuming that `Incrementable` does not support `+` and `Simple_number` does not support `+=`, we have overconstrained implementers of `sum1` and `sum2`.
17181 And, in this case, missed an opportunity for a generalization.
17183 ##### Example
17185     template<typename T>
17186         requires Arithmetic<T>
17187     T sum(vector<T>& v, T s)
17188     {
17189         for (auto x : v) s += x;
17190         return s;
17191     }
17193 Assuming that `Arithmetic` requires both `+` and `+=`, we have constrained the user of `sum` to provide a complete arithmetic type.
17194 That is not a minimal requirement, but it gives the implementer of algorithms much needed freedom and ensures that any `Arithmetic` type
17195 can be used for a wide variety of algorithms.
17197 For additional generality and reusability, we could also use a more general `Container` or `Range` concept instead of committing to only one container, `vector`.
17199 ##### Note
17201 If we define a template to require exactly the operations required for a single implementation of a single algorithm
17202 (e.g., requiring just `+=` rather than also `=` and `+`) and only those, we have overconstrained maintainers.
17203 We aim to minimize requirements on template arguments, but the absolutely minimal requirements of an implementation is rarely a meaningful concept.
17205 ##### Note
17207 Templates can be used to express essentially everything (they are Turing complete), but the aim of generic programming (as expressed using templates)
17208 is to efficiently generalize operations/algorithms over a set of types with similar semantic properties.
17210 ##### Enforcement
17212 * Flag algorithms with "overly simple" requirements, such as direct use of specific operators without a concept.
17213 * Do not flag the definition of the "overly simple" concepts themselves; they might simply be building blocks for more useful concepts.
17215 ### <a name="Rt-algo"></a>T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types
17217 ##### Reason
17219 Generality. Minimizing the amount of source code. Interoperability. Reuse.
17221 ##### Example
17223 That's the foundation of the STL. A single `find` algorithm easily works with any kind of input range:
17225     template<typename Iter, typename Val>
17226         // requires Input_iterator<Iter>
17227         //       && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
17228     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
17229     {
17230         // ...
17231     }
17233 ##### Note
17235 Don't use a template unless you have a realistic need for more than one template argument type.
17236 Don't overabstract.
17238 ##### Enforcement
17240 ??? tough, probably needs a human
17242 ### <a name="Rt-cont"></a>T.3: Use templates to express containers and ranges
17244 ##### Reason
17246 Containers need an element type, and expressing that as a template argument is general, reusable, and type safe.
17247 It also avoids brittle or inefficient workarounds. Convention: That's the way the STL does it.
17249 ##### Example
17251     template<typename T>
17252         // requires Regular<T>
17253     class Vector {
17254         // ...
17255         T* elem;   // points to sz Ts
17256         int sz;
17257     };
17259     Vector<double> v(10);
17260     v[7] = 9.9;
17262 ##### Example, bad
17264     class Container {
17265         // ...
17266         void* elem;   // points to size elements of some type
17267         int sz;
17268     };
17270     Container c(10, sizeof(double));
17271     ((double*) c.elem)[7] = 9.9;
17273 This doesn't directly express the intent of the programmer and hides the structure of the program from the type system and optimizer.
17275 Hiding the `void*` behind macros simply obscures the problems and introduces new opportunities for confusion.
17277 **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.
17278 See [Stable base](#Rt-abi).
17280 ##### Enforcement
17282 * Flag uses of `void*`s and casts outside low-level implementation code
17284 ### <a name="Rt-expr"></a>T.4: Use templates to express syntax tree manipulation
17286 ##### Reason
17288  ???
17290 ##### Example
17292     ???
17294 **Exceptions**: ???
17296 ### <a name="Rt-generic-oo"></a>T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs
17298 ##### Reason
17300 Generic and OO techniques are complementary.
17302 ##### Example
17304 Static helps dynamic: Use static polymorphism to implement dynamically polymorphic interfaces.
17306     class Command {
17307         // pure virtual functions
17308     };
17310     // implementations
17311     template</*...*/>
17312     class ConcreteCommand : public Command {
17313         // implement virtuals
17314     };
17316 ##### Example
17318 Dynamic helps static: Offer a generic, comfortable, statically bound interface, but internally dispatch dynamically, so you offer a uniform object layout.
17319 Examples include type erasure as with `std::shared_ptr`'s deleter (but [don't overuse type erasure](#Rt-erasure)).
17321     #include <memory>
17323     class Object {
17324     public:
17325         template<typename T>
17326         Object(T&& obj)
17327             : concept_(std::make_shared<ConcreteCommand<T>>(std::forward<T>(obj))) {}
17329         int get_id() const { return concept_->get_id(); }
17331     private:
17332         struct Command {
17333             virtual ~Command() {}
17334             virtual int get_id() const = 0;
17335         };
17337         template<typename T>
17338         struct ConcreteCommand final : Command {
17339             ConcreteCommand(T&& obj) noexcept : object_(std::forward<T>(obj)) {}
17340             int get_id() const final { return object_.get_id(); }
17342         private:
17343             T object_;
17344         };
17346         std::shared_ptr<Command> concept_;
17347     };
17349     class Bar {
17350     public:
17351         int get_id() const { return 1; }
17352     };
17354     struct Foo {
17355     public:
17356         int get_id() const { return 2; }
17357     };
17359     Object o(Bar{});
17360     Object o2(Foo{});
17362 ##### Note
17364 In a class template, non-virtual functions are only instantiated if they're used -- but virtual functions are instantiated every time.
17365 This can bloat code size, and might overconstrain a generic type by instantiating functionality that is never needed.
17366 Avoid this, even though the standard-library facets made this mistake.
17368 ##### See also
17370 * ref ???
17371 * ref ???
17372 * ref ???
17374 ##### Enforcement
17376 See the reference to more specific rules.
17378 ## <a name="SS-concepts"></a>T.concepts: Concept rules
17380 Concepts is a C++20 facility for specifying requirements for template arguments.
17381 They are crucial in the thinking about generic programming and the basis of much work on future C++ libraries
17382 (standard and other).
17384 This section assumes concept support
17386 Concept use rule summary:
17388 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
17389 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std-concepts)
17390 * [T.12: Prefer concept names over `auto`](#Rt-auto)
17391 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
17392 * ???
17394 Concept definition rule summary:
17396 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
17397 * [T.21: Require a complete set of operations for a concept](#Rt-complete)
17398 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
17399 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
17400 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
17401 * [T.25: Avoid complimentary constraints](#Rt-not)
17402 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
17403 * ???
17405 ## <a name="SS-concept-use"></a>T.con-use: Concept use
17407 ### <a name="Rt-concepts"></a>T.10: Specify concepts for all template arguments
17409 ##### Reason
17411 Correctness and readability.
17412 The assumed meaning (syntax and semantics) of a template argument is fundamental to the interface of a template.
17413 A concept dramatically improves documentation and error handling for the template.
17414 Specifying concepts for template arguments is a powerful design tool.
17416 ##### Example
17418     template<typename Iter, typename Val>
17419         requires input_iterator<Iter>
17420                  && equality_comparable_with<iter_value_t<Iter>, Val>
17421     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
17422     {
17423         // ...
17424     }
17426 or equivalently and more succinctly:
17428     template<input_iterator Iter, typename Val>
17429         requires equality_comparable_with<iter_value_t<Iter>, Val>
17430     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
17431     {
17432         // ...
17433     }
17435 ##### Note
17437 Plain `typename` (or `auto`) is the least constraining concept.
17438 It should be used only rarely when nothing more than "it's a type" can be assumed.
17439 This is typically only needed when (as part of template metaprogramming code) we manipulate pure expression trees, postponing type checking.
17441 **References**: TC++PL4
17443 ##### Enforcement
17445 Flag template type arguments without concepts
17447 ### <a name="Rt-std-concepts"></a>T.11: Whenever possible use standard concepts
17449 ##### Reason
17451  "Standard" concepts (as provided by the [GSL](#gsl-guidelines-support-library) and the ISO standard itself)
17452 save us the work of thinking up our own concepts, are better thought out than we can manage to do in a hurry, and improve interoperability.
17454 ##### Note
17456 Unless you are creating a new generic library, most of the concepts you need will already be defined by the standard library.
17458 ##### Example
17460     template<typename T>
17461         // don't define this: sortable is in <iterator>
17462     concept Ordered_container = Sequence<T> && Random_access<Iterator<T>> && Ordered<Value_type<T>>;
17464     void sort(Ordered_container auto& s);
17466 This `Ordered_container` is quite plausible, but it is very similar to the `sortable` concept in the standard library.
17467 Is it better? Is it right? Does it accurately reflect the standard's requirements for `sort`?
17468 It is better and simpler just to use `sortable`:
17470     void sort(sortable auto& s);   // better
17472 ##### Note
17474 The set of "standard" concepts is evolving as we approach an ISO standard including concepts.
17476 ##### Note
17478 Designing a useful concept is challenging.
17480 ##### Enforcement
17482 Hard.
17484 * Look for unconstrained arguments, templates that use "unusual"/non-standard concepts, templates that use "homebrew" concepts without axioms.
17485 * Develop a concept-discovery tool (e.g., see [an early experiment](http://www.stroustrup.com/sle2010_webversion.pdf)).
17487 ### <a name="Rt-auto"></a>T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables
17489 ##### Reason
17491  `auto` is the weakest concept. Concept names convey more meaning than just `auto`.
17493 ##### Example
17495     vector<string> v{ "abc", "xyz" };
17496     auto& x = v.front();        // bad
17497     String auto& s = v.front(); // good (String is a GSL concept)
17499 ##### Enforcement
17501 * ???
17503 ### <a name="Rt-shorthand"></a>T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts
17505 ##### Reason
17507 Readability. Direct expression of an idea.
17509 ##### Example
17511 To say "`T` is `sortable`":
17513     template<typename T>       // Correct but verbose: "The parameter is
17514         requires sortable<T>   // of type T which is the name of a type
17515     void sort(T&);             // that is sortable"
17517     template<sortable T>       // Better: "The parameter is of type T
17518     void sort(T&);             // which is Sortable"
17520     void sort(sortable auto&); // Best: "The parameter is Sortable"
17522 The shorter versions better match the way we speak. Note that many templates don't need to use the `template` keyword.
17524 ##### Enforcement
17526 * Not feasible in the short term when people convert from the `<typename T>` and `<class T`> notation.
17527 * Later, flag declarations that first introduce a typename and then constrain it with a simple, single-type-argument concept.
17529 ## <a name="SS-concepts-def"></a>T.concepts.def: Concept definition rules
17531 Defining good concepts is non-trivial.
17532 Concepts are meant to represent fundamental concepts in an application domain (hence the name "concepts").
17533 Similarly throwing together a set of syntactic constraints to be used for the arguments for a single class or algorithm is not what concepts were designed for
17534 and will not give the full benefits of the mechanism.
17536 Obviously, defining concepts is most useful for code that can use an implementation (e.g., C++20 or later)
17537 but defining concepts is in itself a useful design technique and help catch conceptual errors and clean up the concepts (sic!) of an implementation.
17539 ### <a name="Rt-low"></a>T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics
17541 ##### Reason
17543 Concepts are meant to express semantic notions, such as "a number", "a range" of elements, and "totally ordered."
17544 Simple constraints, such as "has a `+` operator" and "has a `>` operator" cannot be meaningfully specified in isolation
17545 and should be used only as building blocks for meaningful concepts, rather than in user code.
17547 ##### Example, bad
17549     template<typename T>
17550     // bad; insufficient
17551     concept Addable = requires(T a, T b) { a + b; };
17553     template<Addable N>
17554     auto algo(const N& a, const N& b) // use two numbers
17555     {
17556         // ...
17557         return a + b;
17558     }
17560     int x = 7;
17561     int y = 9;
17562     auto z = algo(x, y);   // z = 16
17564     string xx = "7";
17565     string yy = "9";
17566     auto zz = algo(xx, yy);   // zz = "79"
17568 Maybe the concatenation was expected. More likely, it was an accident. Defining minus equivalently would give dramatically different sets of accepted types.
17569 This `Addable` violates the mathematical rule that addition is supposed to be commutative: `a+b == b+a`.
17571 ##### Note
17573 The ability to specify meaningful semantics is a defining characteristic of a true concept, as opposed to a syntactic constraint.
17575 ##### Example
17577     template<typename T>
17578     // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
17579     concept Number = requires(T a, T b) { a + b; a - b; a * b; a / b; };
17581     template<Number N>
17582     auto algo(const N& a, const N& b)
17583     {
17584         // ...
17585         return a + b;
17586     }
17588     int x = 7;
17589     int y = 9;
17590     auto z = algo(x, y);   // z = 16
17592     string xx = "7";
17593     string yy = "9";
17594     auto zz = algo(xx, yy);   // error: string is not a Number
17596 ##### Note
17598 Concepts with multiple operations have far lower chance of accidentally matching a type than a single-operation concept.
17600 ##### Enforcement
17602 * Flag single-operation `concepts` when used outside the definition of other `concepts`.
17603 * Flag uses of `enable_if` that appear to simulate single-operation `concepts`.
17606 ### <a name="Rt-complete"></a>T.21: Require a complete set of operations for a concept
17608 ##### Reason
17610 Ease of comprehension.
17611 Improved interoperability.
17612 Helps implementers and maintainers.
17614 ##### Note
17616 This is a specific variant of the general rule that [a concept must make semantic sense](#Rt-low).
17618 ##### Example, bad
17620     template<typename T> concept Subtractable = requires(T a, T b) { a - b; };
17622 This makes no semantic sense.
17623 You need at least `+` to make `-` meaningful and useful.
17625 Examples of complete sets are
17627 * `Arithmetic`: `+`, `-`, `*`, `/`, `+=`, `-=`, `*=`, `/=`
17628 * `Comparable`: `<`, `>`, `<=`, `>=`, `==`, `!=`
17630 ##### Note
17632 This rule applies whether we use direct language support for concepts or not.
17633 It is a general design rule that even applies to non-templates:
17635     class Minimal {
17636         // ...
17637     };
17639     bool operator==(const Minimal&, const Minimal&);
17640     bool operator<(const Minimal&, const Minimal&);
17642     Minimal operator+(const Minimal&, const Minimal&);
17643     // no other operators
17645     void f(const Minimal& x, const Minimal& y)
17646     {
17647         if (!(x == y)) { /* ... */ }    // OK
17648         if (x != y) { /* ... */ }       // surprise! error
17650         while (!(x < y)) { /* ... */ }  // OK
17651         while (x >= y) { /* ... */ }    // surprise! error
17653         x = x + y;          // OK
17654         x += y;             // surprise! error
17655     }
17657 This is minimal, but surprising and constraining for users.
17658 It could even be less efficient.
17660 The rule supports the view that a concept should reflect a (mathematically) coherent set of operations.
17662 ##### Example
17664     class Convenient {
17665         // ...
17666     };
17668     bool operator==(const Convenient&, const Convenient&);
17669     bool operator<(const Convenient&, const Convenient&);
17670     // ... and the other comparison operators ...
17672     Convenient operator+(const Convenient&, const Convenient&);
17673     // ... and the other arithmetic operators ...
17675     void f(const Convenient& x, const Convenient& y)
17676     {
17677         if (!(x == y)) { /* ... */ }    // OK
17678         if (x != y) { /* ... */ }       // OK
17680         while (!(x < y)) { /* ... */ }  // OK
17681         while (x >= y) { /* ... */ }    // OK
17683         x = x + y;     // OK
17684         x += y;        // OK
17685     }
17687 It can be a nuisance to define all operators, but not hard.
17688 Ideally, that rule should be language supported by giving you comparison operators by default.
17690 ##### Enforcement
17692 * Flag classes that support "odd" subsets of a set of operators, e.g., `==` but not `!=` or `+` but not `-`.
17693   Yes, `std::string` is "odd", but it's too late to change that.
17696 ### <a name="Rt-axiom"></a>T.22: Specify axioms for concepts
17698 ##### Reason
17700 A meaningful/useful concept has a semantic meaning.
17701 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.
17702 Specifying semantics is a powerful design tool.
17704 ##### Example
17706     template<typename T>
17707         // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
17708         // axiom(T a, T b) { a + b == b + a; a - a == 0; a * (b + c) == a * b + a * c; /*...*/ }
17709         concept Number = requires(T a, T b) {
17710             { a + b } -> convertible_to<T>;
17711             { a - b } -> convertible_to<T>;
17712             { a * b } -> convertible_to<T>;
17713             { a / b } -> convertible_to<T>;
17714         };
17716 ##### Note
17718 This is an axiom in the mathematical sense: something that can be assumed without proof.
17719 In general, axioms are not provable, and when they are the proof is often beyond the capability of a compiler.
17720 An axiom might not be general, but the template writer can assume that it holds for all inputs actually used (similar to a precondition).
17722 ##### Note
17724 In this context axioms are Boolean expressions.
17725 See the [Palo Alto TR](#S-references) for examples.
17726 Currently, C++ does not support axioms (even the ISO Concepts TS), so we have to make do with comments for a longish while.
17727 Once language support is available, the `//` in front of the axiom can be removed
17729 ##### Note
17731 The GSL concepts have well-defined semantics; see the Palo Alto TR and the Ranges TS.
17733 ##### Exception
17735 Early versions of a new "concept" still under development will often just define simple sets of constraints without a well-specified semantics.
17736 Finding good semantics can take effort and time.
17737 An incomplete set of constraints can still be very useful:
17739     // balancer for a generic binary tree
17740     template<typename Node> concept Balancer = requires(Node* p) {
17741         add_fixup(p);
17742         touch(p);
17743         detach(p);
17744     };
17746 So a `Balancer` must supply at least these operations on a tree `Node`,
17747 but we are not yet ready to specify detailed semantics because a new kind of balanced tree might require more operations
17748 and the precise general semantics for all nodes is hard to pin down in the early stages of design.
17750 A "concept" that is incomplete or without a well-specified semantics can still be useful.
17751 For example, it allows for some checking during initial experimentation.
17752 However, it should not be assumed to be stable.
17753 Each new use case might require such an incomplete concept to be improved.
17755 ##### Enforcement
17757 * Look for the word "axiom" in concept definition comments
17759 ### <a name="Rt-refine"></a>T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns.
17761 ##### Reason
17763 Otherwise they cannot be distinguished automatically by the compiler.
17765 ##### Example
17767     template<typename I>
17768     // Note: input_iterator is defined in <iterator>
17769     concept Input_iter = requires(I iter) { ++iter; };
17771     template<typename I>
17772     // Note: forward_iterator is defined in <iterator>
17773     concept Fwd_iter = Input_iter<I> && requires(I iter) { iter++; };
17775 The compiler can determine refinement based on the sets of required operations (here, suffix `++`).
17776 This decreases the burden on implementers of these types since
17777 they do not need any special declarations to "hook into the concept".
17778 If two concepts have exactly the same requirements, they are logically equivalent (there is no refinement).
17780 ##### Enforcement
17782 * Flag a concept that has exactly the same requirements as another already-seen concept (neither is more refined).
17783 To disambiguate them, see [T.24](#Rt-tag).
17785 ### <a name="Rt-tag"></a>T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics.
17787 ##### Reason
17789 Two concepts requiring the same syntax but having different semantics leads to ambiguity unless the programmer differentiates them.
17791 ##### Example
17793     template<typename I>    // iterator providing random access
17794     // Note: random_access_iterator is defined in <iterator>
17795     concept RA_iter = ...;
17797     template<typename I>    // iterator providing random access to contiguous data
17798     // Note: contiguous_iterator is defined in <iterator>
17799     concept Contiguous_iter =
17800         RA_iter<I> && is_contiguous_v<I>;  // using is_contiguous trait
17802 The programmer (in a library) must define `is_contiguous` (a trait) appropriately.
17804 Wrapping a tag class into a concept leads to a simpler expression of this idea:
17806     template<typename I> concept Contiguous = is_contiguous_v<I>;
17808     template<typename I>
17809     concept Contiguous_iter = RA_iter<I> && Contiguous<I>;
17811 The programmer (in a library) must define `is_contiguous` (a trait) appropriately.
17813 ##### Note
17815 Traits can be trait classes or type traits.
17816 These can be user-defined or standard-library ones.
17817 Prefer the standard-library ones.
17819 ##### Enforcement
17821 * The compiler flags ambiguous use of identical concepts.
17822 * Flag the definition of identical concepts.
17824 ### <a name="Rt-not"></a>T.25: Avoid complementary constraints
17826 ##### Reason
17828 Clarity. Maintainability.
17829 Functions with complementary requirements expressed using negation are brittle.
17831 ##### Example
17833 Initially, people will try to define functions with complementary requirements:
17835     template<typename T>
17836         requires !C<T>    // bad
17837     void f();
17839     template<typename T>
17840         requires C<T>
17841     void f();
17843 This is better:
17845     template<typename T>   // general template
17846         void f();
17848     template<typename T>   // specialization by concept
17849         requires C<T>
17850     void f();
17852 The compiler will choose the unconstrained template only when `C<T>` is
17853 unsatisfied. If you do not want to (or cannot) define an unconstrained
17854 version of `f()`, then delete it.
17856     template<typename T>
17857     void f() = delete;
17859 The compiler will select the overload, or emit an appropriate error.
17861 ##### Note
17863 Complementary constraints are unfortunately common in `enable_if` code:
17865     template<typename T>
17866     enable_if<!C<T>, void>   // bad
17867     f();
17869     template<typename T>
17870     enable_if<C<T>, void>
17871     f();
17874 ##### Note
17876 Complementary requirements on one requirement is sometimes (wrongly) considered manageable.
17877 However, for two or more requirements the number of definitions needs can go up exponentially (2,4,8,16,...):
17879     C1<T> && C2<T>
17880     !C1<T> && C2<T>
17881     C1<T> && !C2<T>
17882     !C1<T> && !C2<T>
17884 Now the opportunities for errors multiply.
17886 ##### Enforcement
17888 * Flag pairs of functions with `C<T>` and `!C<T>` constraints
17890 ### <a name="Rt-use"></a>T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax
17892 ##### Reason
17894 The definition is more readable and corresponds directly to what a user has to write.
17895 Conversions are taken into account. You don't have to remember the names of all the type traits.
17897 ##### Example
17899 You might be tempted to define a concept `Equality` like this:
17901     template<typename T> concept Equality = has_equal<T> && has_not_equal<T>;
17903 Obviously, it would be better and easier just to use the standard `equality_comparable`,
17904 but - just as an example - if you had to define such a concept, prefer:
17906     template<typename T> concept Equality = requires(T a, T b) {
17907         { a == b } -> std::convertible_to<bool>;
17908         { a != b } -> std::convertible_to<bool>;
17909         // axiom { !(a == b) == (a != b) }
17910         // axiom { a = b; => a == b }  // => means "implies"
17911     };
17913 as opposed to defining two meaningless concepts `has_equal` and `has_not_equal` just as helpers in the definition of `Equality`.
17914 By "meaningless" we mean that we cannot specify the semantics of `has_equal` in isolation.
17916 ##### Enforcement
17920 ## <a name="SS-temp-interface"></a>Template interfaces
17922 Over the years, programming with templates have suffered from a weak distinction between the interface of a template
17923 and its implementation.
17924 Before concepts, that distinction had no direct language support.
17925 However, the interface to a template is a critical concept - a contract between a user and an implementer - and should be carefully designed.
17927 ### <a name="Rt-fo"></a>T.40: Use function objects to pass operations to algorithms
17929 ##### Reason
17931 Function objects can carry more information through an interface than a "plain" pointer to function.
17932 In general, passing function objects gives better performance than passing pointers to functions.
17934 ##### Example
17936     bool greater(double x, double y) { return x > y; }
17937     sort(v, greater);                                    // pointer to function: potentially slow
17938     sort(v, [](double x, double y) { return x > y; });   // function object
17939     sort(v, std::greater{});                             // function object
17941     bool greater_than_7(double x) { return x > 7; }
17942     auto x = find_if(v, greater_than_7);                 // pointer to function: inflexible
17943     auto y = find_if(v, [](double x) { return x > 7; }); // function object: carries the needed data
17944     auto z = find_if(v, Greater_than<double>(7));        // function object: carries the needed data
17946 You can, of course, generalize those functions using `auto` or concepts. For example:
17948     auto y1 = find_if(v, [](totally_ordered auto x) { return x > 7; }); // require an ordered type
17949     auto z1 = find_if(v, [](auto x) { return x > 7; });                 // hope that the type has a >
17951 ##### Note
17953 Lambdas generate function objects.
17955 ##### Note
17957 The performance argument depends on compiler and optimizer technology.
17959 ##### Enforcement
17961 * Flag pointer to function template arguments.
17962 * Flag pointers to functions passed as arguments to a template (risk of false positives).
17965 ### <a name="Rt-essential"></a>T.41: Require only essential properties in a template's concepts
17967 ##### Reason
17969 Keep interfaces simple and stable.
17971 ##### Example
17973 Consider, a `sort` instrumented with (oversimplified) simple debug support:
17975     void sort(sortable auto& s)  // sort sequence s
17976     {
17977         if (debug) cerr << "enter sort( " << s <<  ")\n";
17978         // ...
17979         if (debug) cerr << "exit sort( " << s <<  ")\n";
17980     }
17982 Should this be rewritten to:
17984     template<sortable S>
17985         requires Streamable<S>
17986     void sort(S& s)  // sort sequence s
17987     {
17988         if (debug) cerr << "enter sort( " << s <<  ")\n";
17989         // ...
17990         if (debug) cerr << "exit sort( " << s <<  ")\n";
17991     }
17993 After all, there is nothing in `sortable` that requires `iostream` support.
17994 On the other hand, there is nothing in the fundamental idea of sorting that says anything about debugging.
17996 ##### Note
17998 If we require every operation used to be listed among the requirements, the interface becomes unstable:
17999 Every time we change the debug facilities, the usage data gathering, testing support, error reporting, etc.,
18000 the definition of the template would need change and every use of the template would have to be recompiled.
18001 This is cumbersome, and in some environments infeasible.
18003 Conversely, if we use an operation in the implementation that is not guaranteed by concept checking,
18004 we might get a late compile-time error.
18006 By not using concept checking for properties of a template argument that is not considered essential,
18007 we delay checking until instantiation time.
18008 We consider this a worthwhile tradeoff.
18010 Note that using non-local, non-dependent names (such as `debug` and `cerr`) also introduces context dependencies that might lead to "mysterious" errors.
18012 ##### Note
18014 It can be hard to decide which properties of a type are essential and which are not.
18016 ##### Enforcement
18020 ### <a name="Rt-alias"></a>T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details
18022 ##### Reason
18024 Improved readability.
18025 Implementation hiding.
18026 Note that template aliases replace many uses of traits to compute a type.
18027 They can also be used to wrap a trait.
18029 ##### Example
18031     template<typename T, size_t N>
18032     class Matrix {
18033         // ...
18034         using Iterator = typename std::vector<T>::iterator;
18035         // ...
18036     };
18038 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>::`.
18040 ##### Example
18042     template<typename T>
18043     void user(T& c)
18044     {
18045         // ...
18046         typename container_traits<T>::value_type x; // bad, verbose
18047         // ...
18048     }
18050     template<typename T>
18051     using Value_type = typename container_traits<T>::value_type;
18054 This saves the user of `Value_type` from having to know the technique used to implement `value_type`s.
18056     template<typename T>
18057     void user2(T& c)
18058     {
18059         // ...
18060         Value_type<T> x;
18061         // ...
18062     }
18064 ##### Note
18066 A simple, common use could be expressed: "Wrap traits!"
18068 ##### Enforcement
18070 * Flag use of `typename` as a disambiguator outside `using` declarations.
18071 * ???
18073 ### <a name="Rt-using"></a>T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases
18075 ##### Reason
18077 Improved readability: With `using`, the new name comes first rather than being embedded somewhere in a declaration.
18078 Generality: `using` can be used for template aliases, whereas `typedef`s can't easily be templates.
18079 Uniformity: `using` is syntactically similar to `auto`.
18081 ##### Example
18083     typedef int (*PFI)(int);   // OK, but convoluted
18085     using PFI2 = int (*)(int);   // OK, preferred
18087     template<typename T>
18088     typedef int (*PFT)(T);      // error
18090     template<typename T>
18091     using PFT2 = int (*)(T);   // OK
18093 ##### Enforcement
18095 * Flag uses of `typedef`. This will give a lot of "hits" :-(
18097 ### <a name="Rt-deduce"></a>T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)
18099 ##### Reason
18101 Writing the template argument types explicitly can be tedious and unnecessarily verbose.
18103 ##### Example
18105     tuple<int, string, double> t1 = {1, "Hamlet", 3.14};   // explicit type
18106     auto t2 = make_tuple(1, "Ophelia"s, 3.14);         // better; deduced type
18108 Note the use of the `s` suffix to ensure that the string is a `std::string`, rather than a C-style string.
18110 ##### Note
18112 Since you can trivially write a `make_T` function, so could the compiler. Thus, `make_T` functions might become redundant in the future.
18114 ##### Exception
18116 Sometimes there isn't a good way of getting the template arguments deduced and sometimes, you want to specify the arguments explicitly:
18118     vector<double> v = { 1, 2, 3, 7.9, 15.99 };
18119     list<Record*> lst;
18121 ##### Note
18123 Note that C++17 will make this rule redundant by allowing the template arguments to be deduced directly from constructor arguments:
18124 [Template parameter deduction for constructors (Rev. 3)](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0091r1.html).
18125 For example:
18127     tuple t1 = {1, "Hamlet"s, 3.14}; // deduced: tuple<int, string, double>
18129 ##### Enforcement
18131 Flag uses where an explicitly specialized type exactly matches the types of the arguments used.
18133 ### <a name="Rt-regular"></a>T.46: Require template arguments to be at least semiregular
18135 ##### Reason
18137 Readability.
18138 Preventing surprises and errors.
18139 Most uses support that anyway.
18141 ##### Example
18143     class X {
18144     public:
18145         explicit X(int);
18146         X(const X&);            // copy
18147         X operator=(const X&);
18148         X(X&&) noexcept;        // move
18149         X& operator=(X&&) noexcept;
18150         ~X();
18151         // ... no more constructors ...
18152     };
18154     X x {1};              // fine
18155     X y = x;              // fine
18156     std::vector<X> v(10); // error: no default constructor
18158 ##### Note
18160 Semiregular requires default constructible.
18162 ##### Enforcement
18164 * Flag types used as template arguments that are not at least semiregular.
18166 ### <a name="Rt-visible"></a>T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names
18168 ##### Reason
18170  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.
18171  This is particularly annoying/dangerous when ADL is used.
18172  Common names make this problem more likely.
18174 ##### Example
18176     namespace Bad {
18177         struct S { int m; };
18178         template<typename T1, typename T2>
18179         bool operator==(T1, T2) { cout << "Bad\n"; return true; }
18180     }
18182     namespace T0 {
18183         bool operator==(int, Bad::S) { cout << "T0\n"; return true; }  // compare to int
18185         void test()
18186         {
18187             Bad::S bad{ 1 };
18188             vector<int> v(10);
18189             bool b = 1 == bad;
18190             bool b2 = v.size() == bad;
18191         }
18192     }
18194 This prints `T0` and `Bad`.
18196 Now the `==` in `Bad` was designed to cause trouble, but would you have spotted the problem in real code?
18197 The problem is that `v.size()` returns an `unsigned` integer so that a conversion is needed to call the local `==`;
18198 the `==` in `Bad` requires no conversions.
18199 Realistic types, such as the standard-library iterators can be made to exhibit similar anti-social tendencies.
18201 ##### Note
18203 If an unconstrained template is defined in the same namespace as a type,
18204 that unconstrained template can be found by ADL (as happened in the example).
18205 That is, it is highly visible.
18207 ##### Note
18209 This rule should not be necessary, but the committee cannot agree to exclude unconstrained templates from ADL.
18211 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`.
18214 ##### Enforcement
18216 Flag templates defined in a namespace where concrete types are also defined (maybe not feasible until we have concepts).
18219 ### <a name="Rt-concept-def"></a>T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`
18221 ##### Reason
18223 Because that's the best we can do without direct concept support.
18224 `enable_if` can be used to conditionally define functions and to select among a set of functions.
18226 ##### Example
18228     template<typename T>
18229     enable_if_t<is_integral_v<T>>
18230     f(T v)
18231     {
18232         // ...
18233     }
18235     // Equivalent to:
18236     template<Integral T>
18237     void f(T v)
18238     {
18239         // ...
18240     }
18242 ##### Note
18244 Beware of [complementary constraints](#Rt-not).
18245 Faking concept overloading using `enable_if` sometimes forces us to use that error-prone design technique.
18247 ##### Enforcement
18251 ### <a name="Rt-erasure"></a>T.49: Where possible, avoid type-erasure
18253 ##### Reason
18255 Type erasure incurs an extra level of indirection by hiding type information behind a separate compilation boundary.
18257 ##### Example
18259     ???
18261 **Exceptions**: Type erasure is sometimes appropriate, such as for `std::function`.
18263 ##### Enforcement
18268 ##### Note
18271 ## <a name="SS-temp-def"></a>T.def: Template definitions
18273 A template definition (class or function) can contain arbitrary code, so only a comprehensive review of C++ programming techniques would cover this topic.
18274 However, this section focuses on what is specific to template implementation.
18275 In particular, it focuses on a template definition's dependence on its context.
18277 ### <a name="Rt-depend"></a>T.60: Minimize a template's context dependencies
18279 ##### Reason
18281 Eases understanding.
18282 Minimizes errors from unexpected dependencies.
18283 Eases tool creation.
18285 ##### Example
18287     template<typename C>
18288     void sort(C& c)
18289     {
18290         std::sort(begin(c), end(c)); // necessary and useful dependency
18291     }
18293     template<typename Iter>
18294     Iter algo(Iter first, Iter last)
18295     {
18296         for (; first != last; ++first) {
18297             auto x = sqrt(*first); // potentially surprising dependency: which sqrt()?
18298             helper(first, x);      // potentially surprising dependency:
18299                                    // helper is chosen based on first and x
18300             TT var = 7;            // potentially surprising dependency: which TT?
18301         }
18302     }
18304 ##### Note
18306 Templates typically appear in header files so their context dependencies are more vulnerable to `#include` order dependencies than functions in `.cpp` files.
18308 ##### Note
18310 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.
18311 For example, algorithms usually use other algorithms and invoke operations that do not exclusively operate on arguments.
18312 And don't get us started on macros!
18314 **See also**: [T.69](#Rt-customization)
18316 ##### Enforcement
18318 ??? Tricky
18320 ### <a name="Rt-scary"></a>T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)
18322 ##### Reason
18324 A member that does not depend on a template parameter cannot be used except for a specific template argument.
18325 This limits use and typically increases code size.
18327 ##### Example, bad
18329     template<typename T, typename A = std::allocator<T>>
18330         // requires Regular<T> && Allocator<A>
18331     class List {
18332     public:
18333         struct Link {   // does not depend on A
18334             T elem;
18335             Link* pre;
18336             Link* suc;
18337         };
18339         using iterator = Link*;
18341         iterator first() const { return head; }
18343         // ...
18344     private:
18345         Link* head;
18346     };
18348     List<int> lst1;
18349     List<int, My_allocator> lst2;
18351 This looks innocent enough, but now `Link` formally depends on the allocator (even though it doesn't use the allocator). This forces redundant instantiations that can be surprisingly costly in some real-world scenarios.
18352 Typically, the solution is to make what would have been a nested class non-local, with its own minimal set of template parameters.
18354     template<typename T>
18355     struct Link {
18356         T elem;
18357         Link* pre;
18358         Link* suc;
18359     };
18361     template<typename T, typename A = std::allocator<T>>
18362         // requires Regular<T> && Allocator<A>
18363     class List2 {
18364     public:
18365         using iterator = Link<T>*;
18367         iterator first() const { return head; }
18369         // ...
18370     private:
18371         Link<T>* head;
18372     };
18374     List2<int> lst1;
18375     List2<int, My_allocator> lst2;
18377 Some people found the idea that the `Link` no longer was hidden inside the list scary, so we named the technique
18378 [SCARY](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/WG21/docs/papers/2009/n2911.pdf). From that academic paper:
18379 "The acronym SCARY describes assignments and initializations that are Seemingly erroneous (appearing Constrained by conflicting generic parameters), but Actually work with the Right implementation (unconstrained bY the conflict due to minimized dependencies)."
18381 ##### Note
18383 This also applies to lambdas that don't depend on all of the template parameters.
18385 ##### Enforcement
18387 * Flag member types that do not depend on every template parameter
18388 * Flag member functions that do not depend on every template parameter
18389 * Flag lambdas or variable templates that do not depend on every template parameter
18391 ### <a name="Rt-nondependent"></a>T.62: Place non-dependent class template members in a non-templated base class
18393 ##### Reason
18395  Allow the base class members to be used without specifying template arguments and without template instantiation.
18397 ##### Example
18399     template<typename T>
18400     class Foo {
18401     public:
18402         enum { v1, v2 };
18403         // ...
18404     };
18408     struct Foo_base {
18409         enum { v1, v2 };
18410         // ...
18411     };
18413     template<typename T>
18414     class Foo : public Foo_base {
18415     public:
18416         // ...
18417     };
18419 ##### Note
18421 A more general version of this rule would be
18422 "If a class template member depends on only N template parameters out of M, place it in a base class with only N parameters."
18423 For N == 1, we have a choice of a base class of a class in the surrounding scope as in [T.61](#Rt-scary).
18425 ??? What about constants? class statics?
18427 ##### Enforcement
18429 * Flag ???
18431 ### <a name="Rt-specialization"></a>T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates
18433 ##### Reason
18435 A template defines a general interface.
18436 Specialization offers a powerful mechanism for providing alternative implementations of that interface.
18438 ##### Example
18440     ??? string specialization (==)
18442     ??? representation specialization ?
18444 ##### Note
18448 ##### Enforcement
18452 ### <a name="Rt-tag-dispatch"></a>T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of a function
18454 ##### Reason
18456 * A template defines a general interface.
18457 * Tag dispatch allows us to select implementations based on specific properties of an argument type.
18458 * Performance.
18460 ##### Example
18462 This is a simplified version of `std::copy` (ignoring the possibility of non-contiguous sequences)
18464     struct trivially_copyable_tag {};
18465     struct non_trivially_copyable_tag {};
18467     // T is not trivially copyable
18468     template<class T> struct copy_trait { using tag = non_trivially_copyable_tag; };
18469     // int is trivially copyable
18470     template<> struct copy_trait<int> { using tag = trivially_copyable_tag; };
18472     template<class Iter>
18473     Out copy_helper(Iter first, Iter last, Iter out, trivially_copyable_tag)
18474     {
18475         // use memmove
18476     }
18478     template<class Iter>
18479     Out copy_helper(Iter first, Iter last, Iter out, non_trivially_copyable_tag)
18480     {
18481         // use loop calling copy constructors
18482     }
18484     template<class Iter>
18485     Out copy(Iter first, Iter last, Iter out)
18486     {
18487         using tag_type = typename copy_trait<std::iter_value_t<Iter>>;
18488         return copy_helper(first, last, out, tag_type{})
18489     }
18491     void use(vector<int>& vi, vector<int>& vi2, vector<string>& vs, vector<string>& vs2)
18492     {
18493         copy(vi.begin(), vi.end(), vi2.begin()); // uses memmove
18494         copy(vs.begin(), vs.end(), vs2.begin()); // uses a loop calling copy constructors
18495     }
18497 This is a general and powerful technique for compile-time algorithm selection.
18499 ##### Note
18501 With C++20 constraints, such alternatives can be distinguished directly:
18503     template<class Iter>
18504         requires std::is_trivially_copyable_v<std::iter_value_t<Iter>>
18505     Out copy_helper(In, first, In last, Out out)
18506     {
18507         // use memmove
18508     }
18510     template<class Iter>
18511     Out copy_helper(In, first, In last, Out out)
18512     {
18513         // use loop calling copy constructors
18514     }
18516 ##### Enforcement
18521 ### <a name="Rt-specialization2"></a>T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types
18523 ##### Reason
18525  ???
18527 ##### Example
18529     ???
18531 ##### Enforcement
18535 ### <a name="Rt-cast"></a>T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities
18537 ##### Reason
18539 `()` is vulnerable to grammar ambiguities.
18541 ##### Example
18543     template<typename T, typename U>
18544     void f(T t, U u)
18545     {
18546         T v1(T(u));    // mistake: oops, v1 is a function not a variable
18547         T v2{u};       // clear:   obviously a variable
18548         auto x = T(u); // unclear: construction or cast?
18549     }
18551     f(1, "asdf"); // bad: cast from const char* to int
18553 ##### Enforcement
18555 * flag `()` initializers
18556 * flag function-style casts
18559 ### <a name="Rt-customization"></a>T.69: Inside a template, don't make an unqualified non-member function call unless you intend it to be a customization point
18561 ##### Reason
18563 * Provide only intended flexibility.
18564 * Avoid vulnerability to accidental environmental changes.
18566 ##### Example
18568 There are three major ways to let calling code customize a template.
18570     template<class T>
18571         // Call a member function
18572     void test1(T t)
18573     {
18574         t.f();    // require T to provide f()
18575     }
18577     template<class T>
18578     void test2(T t)
18579         // Call a non-member function without qualification
18580     {
18581         f(t);     // require f(/*T*/) be available in caller's scope or in T's namespace
18582     }
18584     template<class T>
18585     void test3(T t)
18586         // Invoke a "trait"
18587     {
18588         test_traits<T>::f(t); // require customizing test_traits<>
18589                               // to get non-default functions/types
18590     }
18592 A trait is usually a type alias to compute a type,
18593 a `constexpr` function to compute a value,
18594 or a traditional traits template to be specialized on the user's type.
18596 ##### Note
18598 If you intend to call your own helper function `helper(t)` with a value `t` that depends on a template type parameter,
18599 put it in a `::detail` namespace and qualify the call as `detail::helper(t);`.
18600 An unqualified call becomes a customization point where any function `helper` in the namespace of `t`'s type can be invoked;
18601 this can cause problems like [unintentionally invoking unconstrained function templates](#Rt-visible).
18604 ##### Enforcement
18606 * In a template, flag an unqualified call to a non-member function that passes a variable of dependent type when there is a non-member function of the same name in the template's namespace.
18609 ## <a name="SS-temp-hier"></a>T.temp-hier: Template and hierarchy rules:
18611 Templates are the backbone of C++'s support for generic programming and class hierarchies the backbone of its support
18612 for object-oriented programming.
18613 The two language mechanisms can be used effectively in combination, but a few design pitfalls must be avoided.
18615 ### <a name="Rt-hier"></a>T.80: Do not naively templatize a class hierarchy
18617 ##### Reason
18619 Templating a class hierarchy that has many functions, especially many virtual functions, can lead to code bloat.
18621 ##### Example, bad
18623     template<typename T>
18624     struct Container {         // an interface
18625         virtual T* get(int i);
18626         virtual T* first();
18627         virtual T* next();
18628         virtual void sort();
18629     };
18631     template<typename T>
18632     class Vector : public Container<T> {
18633     public:
18634         // ...
18635     };
18637     Vector<int> vi;
18638     Vector<string> vs;
18640 It is probably a bad idea to define a `sort` as a member function of a container, but it is not unheard of and it makes a good example of what not to do.
18642 Given this, the compiler cannot know if `vector<int>::sort()` is called, so it must generate code for it.
18643 Similar for `vector<string>::sort()`.
18644 Unless those two functions are called that's code bloat.
18645 Imagine what this would do to a class hierarchy with dozens of member functions and dozens of derived classes with many instantiations.
18647 ##### Note
18649 In many cases you can provide a stable interface by not parameterizing a base;
18650 see ["stable base"](#Rt-abi) and [OO and GP](#Rt-generic-oo)
18652 ##### Enforcement
18654 * Flag virtual functions that depend on a template argument. ??? False positives
18656 ### <a name="Rt-array"></a>T.81: Do not mix hierarchies and arrays
18658 ##### Reason
18660 An array of derived classes can implicitly "decay" to a pointer to a base class with potential disastrous results.
18662 ##### Example
18664 Assume that `Apple` and `Pear` are two kinds of `Fruit`s.
18666     void maul(Fruit* p)
18667     {
18668         *p = Pear{};     // put a Pear into *p
18669         p[1] = Pear{};   // put a Pear into p[1]
18670     }
18672     Apple aa [] = { an_apple, another_apple };   // aa contains Apples (obviously!)
18674     maul(aa);
18675     Apple& a0 = &aa[0];   // a Pear?
18676     Apple& a1 = &aa[1];   // a Pear?
18678 Probably, `aa[0]` will be a `Pear` (without the use of a cast!).
18679 If `sizeof(Apple) != sizeof(Pear)` the access to `aa[1]` will not be aligned to the proper start of an object in the array.
18680 We have a type violation and possibly (probably) a memory corruption.
18681 Never write such code.
18683 Note that `maul()` violates the a [`T*` points to an individual object rule](#Rf-ptr).
18685 **Alternative**: Use a proper (templatized) container:
18687     void maul2(Fruit* p)
18688     {
18689         *p = Pear{};   // put a Pear into *p
18690     }
18692     vector<Apple> va = { an_apple, another_apple };   // va contains Apples (obviously!)
18694     maul2(va);       // error: cannot convert a vector<Apple> to a Fruit*
18695     maul2(&va[0]);   // you asked for it
18697     Apple& a0 = &va[0];   // a Pear?
18699 Note that the assignment in `maul2()` violated the [no-slicing rule](#Res-slice).
18701 ##### Enforcement
18703 * Detect this horror!
18705 ### <a name="Rt-linear"></a>T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable
18707 ##### Reason
18709  ???
18711 ##### Example
18713     ???
18715 ##### Enforcement
18719 ### <a name="Rt-virtual"></a>T.83: Do not declare a member function template virtual
18721 ##### Reason
18723 C++ does not support that.
18724 If it did, vtbls could not be generated until link time.
18725 And in general, implementations must deal with dynamic linking.
18727 ##### Example, don't
18729     class Shape {
18730         // ...
18731         template<class T>
18732         virtual bool intersect(T* p);   // error: template cannot be virtual
18733     };
18735 ##### Note
18737 We need a rule because people keep asking about this
18739 ##### Alternative
18741 Double dispatch, visitors, calculate which function to call
18743 ##### Enforcement
18745 The compiler handles that.
18747 ### <a name="Rt-abi"></a>T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface
18749 ##### Reason
18751 Improve stability of code.
18752 Avoid code bloat.
18754 ##### Example
18756 It could be a base class:
18758     struct Link_base {   // stable
18759         Link_base* suc;
18760         Link_base* pre;
18761     };
18763     template<typename T>   // templated wrapper to add type safety
18764     struct Link : Link_base {
18765         T val;
18766     };
18768     struct List_base {
18769         Link_base* first;   // first element (if any)
18770         int sz;             // number of elements
18771         void add_front(Link_base* p);
18772         // ...
18773     };
18775     template<typename T>
18776     class List : List_base {
18777     public:
18778         void put_front(const T& e) { add_front(new Link<T>{e}); }   // implicit cast to Link_base
18779         T& front() { static_cast<Link<T>*>(first).val; }   // explicit cast back to Link<T>
18780         // ...
18781     };
18783     List<int> li;
18784     List<string> ls;
18786 Now there is only one copy of the operations linking and unlinking elements of a `List`.
18787 The `Link` and `List` classes do nothing but type manipulation.
18789 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.
18791 **Alternative**: Use a [Pimpl](#Ri-pimpl) implementation.
18793 ##### Enforcement
18797 ## <a name="SS-variadic"></a>T.var: Variadic template rules
18801 ### <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
18803 ##### Reason
18805 Variadic templates is the most general mechanism for that, and is both efficient and type-safe. Don't use C varargs.
18807 ##### Example
18809     ??? printf
18811 ##### Enforcement
18813 * Flag uses of `va_arg` in user code.
18815 ### <a name="Rt-variadic-pass"></a>T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???
18817 ##### Reason
18819  ???
18821 ##### Example
18823     ??? beware of move-only and reference arguments
18825 ##### Enforcement
18829 ### <a name="Rt-variadic-process"></a>T.102: How to process arguments to a variadic template
18831 ##### Reason
18833  ???
18835 ##### Example
18837     ??? forwarding, type checking, references
18839 ##### Enforcement
18843 ### <a name="Rt-variadic-not"></a>T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists
18845 ##### Reason
18847 There are more precise ways of specifying a homogeneous sequence, such as an `initializer_list`.
18849 ##### Example
18851     ???
18853 ##### Enforcement
18857 ## <a name="SS-meta"></a>T.meta: Template metaprogramming (TMP)
18859 Templates provide a general mechanism for compile-time programming.
18861 Metaprogramming is programming where at least one input or one result is a type.
18862 Templates offer Turing-complete (modulo memory capacity) duck typing at compile time.
18863 The syntax and techniques needed are pretty horrendous.
18865 ### <a name="Rt-metameta"></a>T.120: Use template metaprogramming only when you really need to
18867 ##### Reason
18869 Template metaprogramming is hard to get right, slows down compilation, and is often very hard to maintain.
18870 However, there are real-world examples where template metaprogramming provides better performance than any alternative short of expert-level assembly code.
18871 Also, there are real-world examples where template metaprogramming expresses the fundamental ideas better than run-time code.
18872 For example, if you really need AST manipulation at compile time (e.g., for optional matrix operation folding) there might be no other way in C++.
18874 ##### Example, bad
18876     ???
18878 ##### Example, bad
18880     enable_if
18882 Instead, use concepts. But see [How to emulate concepts if you don't have language support](#Rt-emulate).
18884 ##### Example
18886     ??? good
18888 **Alternative**: If the result is a value, rather than a type, use a [`constexpr` function](#Rt-fct).
18890 ##### Note
18892 If you feel the need to hide your template metaprogramming in macros, you have probably gone too far.
18894 ### <a name="Rt-emulate"></a>T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts
18896 ##### Reason
18898 Where C++20 is not available, we need to emulate them using TMP.
18899 Use cases that require concepts (e.g. overloading based on concepts) are among the most common (and simple) uses of TMP.
18901 ##### Example
18903     template<typename Iter>
18904         /*requires*/ enable_if<random_access_iterator<Iter>, void>
18905     advance(Iter p, int n) { p += n; }
18907     template<typename Iter>
18908         /*requires*/ enable_if<forward_iterator<Iter>, void>
18909     advance(Iter p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
18911 ##### Note
18913 Such code is much simpler using concepts:
18915     void advance(random_access_iterator auto p, int n) { p += n; }
18917     void advance(forward_iterator auto p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
18919 ##### Enforcement
18923 ### <a name="Rt-tmp"></a>T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time
18925 ##### Reason
18927 Template metaprogramming is the only directly supported and half-way principled way of generating types at compile time.
18929 ##### Note
18931 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
18933 ##### Example
18935     ??? big object / small object optimization
18937 ##### Enforcement
18941 ### <a name="Rt-fct"></a>T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time
18943 ##### Reason
18945 A function is the most obvious and conventional way of expressing the computation of a value.
18946 Often a `constexpr` function implies less compile-time overhead than alternatives.
18948 ##### Note
18950 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
18952 ##### Example
18954     template<typename T>
18955         // requires Number<T>
18956     constexpr T pow(T v, int n)   // power/exponential
18957     {
18958         T res = 1;
18959         while (n--) res *= v;
18960         return res;
18961     }
18963     constexpr auto f7 = pow(pi, 7);
18965 ##### Enforcement
18967 * Flag template metaprograms yielding a value. These should be replaced with `constexpr` functions.
18969 ### <a name="Rt-std-tmp"></a>T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities
18971 ##### Reason
18973 Facilities defined in the standard, such as `conditional`, `enable_if`, and `tuple`, are portable and can be assumed to be known.
18975 ##### Example
18977     ???
18979 ##### Enforcement
18983 ### <a name="Rt-lib"></a>T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library
18985 ##### Reason
18987 Getting advanced TMP facilities is not easy and using a library makes you part of a (hopefully supportive) community.
18988 Write your own "advanced TMP support" only if you really have to.
18990 ##### Example
18992     ???
18994 ##### Enforcement
18998 ## <a name="SS-temp-other"></a>Other template rules
19000 ### <a name="Rt-name"></a>T.140: If an operation can be reused, give it a name
19002 See [F.10](#Rf-name)
19004 ### <a name="Rt-lambda"></a>T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only
19006 See [F.11](#Rf-lambda)
19008 ### <a name="Rt-var"></a>T.142?: Use template variables to simplify notation
19010 ##### Reason
19012 Improved readability.
19014 ##### Example
19016     ???
19018 ##### Enforcement
19022 ### <a name="Rt-non-generic"></a>T.143: Don't write unintentionally non-generic code
19024 ##### Reason
19026 Generality. Reusability. Don't gratuitously commit to details; use the most general facilities available.
19028 ##### Example
19030 Use `!=` instead of `<` to compare iterators; `!=` works for more objects because it doesn't rely on ordering.
19032     for (auto i = first; i < last; ++i) {   // less generic
19033         // ...
19034     }
19036     for (auto i = first; i != last; ++i) {   // good; more generic
19037         // ...
19038     }
19040 Of course, range-`for` is better still where it does what you want.
19042 ##### Example
19044 Use the least-derived class that has the functionality you need.
19046     class Base {
19047     public:
19048         Bar f();
19049         Bar g();
19050     };
19052     class Derived1 : public Base {
19053     public:
19054         Bar h();
19055     };
19057     class Derived2 : public Base {
19058     public:
19059         Bar j();
19060     };
19062     // bad, unless there is a specific reason for limiting to Derived1 objects only
19063     void my_func(Derived1& param)
19064     {
19065         use(param.f());
19066         use(param.g());
19067     }
19069     // good, uses only Base interface so only commit to that
19070     void my_func(Base& param)
19071     {
19072         use(param.f());
19073         use(param.g());
19074     }
19076 ##### Enforcement
19078 * Flag comparison of iterators using `<` instead of `!=`.
19079 * 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.
19080 * Flag functions that take a pointer or reference to a more-derived type but only use functions declared in a base type.
19082 ### <a name="Rt-specialize-function"></a>T.144: Don't specialize function templates
19084 ##### Reason
19086 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.
19088 ##### Example
19090     ???
19092 **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).
19094 ##### Enforcement
19096 * Flag all specializations of a function template. Overload instead.
19099 ### <a name="Rt-check-class"></a>T.150: Check that a class matches a concept using `static_assert`
19101 ##### Reason
19103 If you intend for a class to match a concept, verifying that early saves users' pain.
19105 ##### Example
19107     class X {
19108     public:
19109         X() = delete;
19110         X(const X&) = default;
19111         X(X&&) = default;
19112         X& operator=(const X&) = default;
19113         // ...
19114     };
19116 Somewhere, possibly in an implementation file, let the compiler check the desired properties of `X`:
19118     static_assert(Default_constructible<X>);    // error: X has no default constructor
19119     static_assert(Copyable<X>);                 // error: we forgot to define X's move constructor
19122 ##### Enforcement
19124 Not feasible.
19126 # <a name="S-cpl"></a>CPL: C-style programming
19128 C and C++ are closely related languages.
19129 They both originate in "Classic C" from 1978 and have evolved in ISO committees since then.
19130 Many attempts have been made to keep them compatible, but neither is a subset of the other.
19132 C rule summary:
19134 * [CPL.1: Prefer C++ to C](#Rcpl-C)
19135 * [CPL.2: If you must use C, use the common subset of C and C++, and compile the C code as C++](#Rcpl-subset)
19136 * [CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the calling code using such interfaces](#Rcpl-interface)
19138 ### <a name="Rcpl-C"></a>CPL.1: Prefer C++ to C
19140 ##### Reason
19142 C++ provides better type checking and more notational support.
19143 It provides better support for high-level programming and often generates faster code.
19145 ##### Example
19147     char ch = 7;
19148     void* pv = &ch;
19149     int* pi = pv;   // not C++
19150     *pi = 999;      // overwrite sizeof(int) bytes near &ch
19152 The rules for implicit casting to and from `void*` in C are subtle and unenforced.
19153 In particular, this example violates a rule against converting to a type with stricter alignment.
19155 ##### Enforcement
19157 Use a C++ compiler.
19159 ### <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++
19161 ##### Reason
19163 That subset can be compiled with both C and C++ compilers, and when compiled as C++ is better type checked than "pure C."
19165 ##### Example
19167     int* p1 = malloc(10 * sizeof(int));                      // not C++
19168     int* p2 = static_cast<int*>(malloc(10 * sizeof(int)));   // not C, C-style C++
19169     int* p3 = new int[10];                                   // not C
19170     int* p4 = (int*) malloc(10 * sizeof(int));               // both C and C++
19172 ##### Enforcement
19174 * Flag if using a build mode that compiles code as C.
19176   * The C++ compiler will enforce that the code is valid C++ unless you use C extension options.
19178 ### <a name="Rcpl-interface"></a>CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the calling code using such interfaces
19180 ##### Reason
19182 C++ is more expressive than C and offers better support for many types of programming.
19184 ##### Example
19186 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.
19187 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.
19189 ##### Example
19191 You can call C from C++:
19193     // in C:
19194     double sqrt(double);
19196     // in C++:
19197     extern "C" double sqrt(double);
19199     sqrt(2);
19201 ##### Example
19203 You can call C++ from C:
19205     // in C:
19206     X call_f(struct Y*, int);
19208     // in C++:
19209     extern "C" X call_f(Y* p, int i)
19210     {
19211         return p->f(i);   // possibly a virtual function call
19212     }
19214 ##### Enforcement
19216 None needed
19218 # <a name="S-source"></a>SF: Source files
19220 Distinguish between declarations (used as interfaces) and definitions (used as implementations).
19221 Use header files to represent interfaces and to emphasize logical structure.
19223 Source file rule summary:
19225 * [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)
19226 * [SF.2: A header file must not contain object definitions or non-inline function definitions](#Rs-inline)
19227 * [SF.3: Use header files for all declarations used in multiple source files](#Rs-declaration-header)
19228 * [SF.4: Include header files before other declarations in a file](#Rs-include-order)
19229 * [SF.5: A `.cpp` file must include the header file(s) that defines its interface](#Rs-consistency)
19230 * [SF.6: Use `using namespace` directives for transition, for foundation libraries (such as `std`), or within a local scope (only)](#Rs-using)
19231 * [SF.7: Don't write `using namespace` at global scope in a header file](#Rs-using-directive)
19232 * [SF.8: Use `#include` guards for all header files](#Rs-guards)
19233 * [SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files](#Rs-cycles)
19234 * [SF.10: Avoid dependencies on implicitly `#include`d names](#Rs-implicit)
19235 * [SF.11: Header files should be self-contained](#Rs-contained)
19236 * [SF.12: Prefer the quoted form of `#include` for files relative to the including file and the angle bracket form everywhere else](#Rs-incform)
19237 * [SF.13: Use portable header identifiers in `#include` statements](#Rs-portable-header-id)
19239 * [SF.20: Use `namespace`s to express logical structure](#Rs-namespace)
19240 * [SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header](#Rs-unnamed)
19241 * [SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/non-exported entities](#Rs-unnamed2)
19243 ### <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
19245 See [NL.27](#Rl-file-suffix)
19247 ### <a name="Rs-inline"></a>SF.2: A header file must not contain object definitions or non-inline function definitions
19249 ##### Reason
19251 Including entities subject to the one-definition rule leads to linkage errors.
19253 ##### Example
19255     // file.h:
19256     namespace Foo {
19257         int x = 7;
19258         int xx() { return x+x; }
19259     }
19261     // file1.cpp:
19262     #include <file.h>
19263     // ... more ...
19265      // file2.cpp:
19266     #include <file.h>
19267     // ... more ...
19269 Linking `file1.cpp` and `file2.cpp` will give two linker errors.
19271 **Alternative formulation**: A header file must contain only:
19273 * `#include`s of other header files (possibly with include guards)
19274 * templates
19275 * class definitions
19276 * function declarations
19277 * `extern` declarations
19278 * `inline` function definitions
19279 * `constexpr` definitions
19280 * `const` definitions
19281 * `using` alias definitions
19282 * ???
19284 ##### Enforcement
19286 Check the positive list above.
19288 ### <a name="Rs-declaration-header"></a>SF.3: Use header files for all declarations used in multiple source files
19290 ##### Reason
19292 Maintainability. Readability.
19294 ##### Example, bad
19296     // bar.cpp:
19297     void bar() { cout << "bar\n"; }
19299     // foo.cpp:
19300     extern void bar();
19301     void foo() { bar(); }
19303 A maintainer of `bar` cannot find all declarations of `bar` if its type needs changing.
19304 The user of `bar` cannot know if the interface used is complete and correct. At best, error messages come (late) from the linker.
19306 ##### Enforcement
19308 * Flag declarations of entities in other source files not placed in a `.h`.
19310 ### <a name="Rs-include-order"></a>SF.4: Include header files before other declarations in a file
19312 ##### Reason
19314 Minimize context dependencies and increase readability.
19316 ##### Example
19318     #include <vector>
19319     #include <algorithm>
19320     #include <string>
19322     // ... my code here ...
19324 ##### Example, bad
19326     #include <vector>
19328     // ... my code here ...
19330     #include <algorithm>
19331     #include <string>
19333 ##### Note
19335 This applies to both `.h` and `.cpp` files.
19337 ##### Note
19339 There is an argument for insulating code from declarations and macros in header files by `#including` headers *after* the code we want to protect
19340 (as in the example labeled "bad").
19341 However
19343 * that only works for one file (at one level): Use that technique in a header included with other headers and the vulnerability reappears.
19344 * a namespace (an "implementation namespace") can protect against many context dependencies.
19345 * full protection and flexibility require modules.
19347 **See also**:
19349 * [Working Draft, Extensions to C++ for Modules](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4592.pdf)
19350 * [Modules, Componentization, and Transition](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0141r0.pdf)
19352 ##### Enforcement
19354 Easy.
19356 ### <a name="Rs-consistency"></a>SF.5: A `.cpp` file must include the header file(s) that defines its interface
19358 ##### Reason
19360 This enables the compiler to do an early consistency check.
19362 ##### Example, bad
19364     // foo.h:
19365     void foo(int);
19366     int bar(long);
19367     int foobar(int);
19369     // foo.cpp:
19370     void foo(int) { /* ... */ }
19371     int bar(double) { /* ... */ }
19372     double foobar(int);
19374 The errors will not be caught until link time for a program calling `bar` or `foobar`.
19376 ##### Example
19378     // foo.h:
19379     void foo(int);
19380     int bar(long);
19381     int foobar(int);
19383     // foo.cpp:
19384     #include "foo.h"
19386     void foo(int) { /* ... */ }
19387     int bar(double) { /* ... */ }
19388     double foobar(int);   // error: wrong return type
19390 The return-type error for `foobar` is now caught immediately when `foo.cpp` is compiled.
19391 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.
19393 ##### Enforcement
19397 ### <a name="Rs-using"></a>SF.6: Use `using namespace` directives for transition, for foundation libraries (such as `std`), or within a local scope (only)
19399 ##### Reason
19401  `using namespace` can lead to name clashes, so it should be used sparingly.
19402  However, it is not always possible to qualify every name from a namespace in user code (e.g., during transition)
19403  and sometimes a namespace is so fundamental and prevalent in a code base, that consistent qualification would be verbose and distracting.
19405 ##### Example
19407     #include <string>
19408     #include <vector>
19409     #include <iostream>
19410     #include <memory>
19411     #include <algorithm>
19413     using namespace std;
19415     // ...
19417 Here (obviously), the standard library is used pervasively and apparently no other library is used, so requiring `std::` everywhere
19418 could be distracting.
19420 ##### Example
19422 The use of `using namespace std;` leaves the programmer open to a name clash with a name from the standard library
19424     #include <cmath>
19425     using namespace std;
19427     int g(int x)
19428     {
19429         int sqrt = 7;
19430         // ...
19431         return sqrt(x); // error
19432     }
19434 However, this is not particularly likely to lead to a resolution that is not an error and
19435 people who use `using namespace std` are supposed to know about `std` and about this risk.
19437 ##### Note
19439 A `.cpp` file is a form of local scope.
19440 There is little difference in the opportunities for name clashes in an N-line `.cpp` containing a `using namespace X`,
19441 an N-line function containing a `using namespace X`,
19442 and M functions each containing a `using namespace X`with N lines of code in total.
19444 ##### Note
19446 [Don't write `using namespace` at global scope in a header file](#Rs-using-directive).
19448 ### <a name="Rs-using-directive"></a>SF.7: Don't write `using namespace` at global scope in a header file
19450 ##### Reason
19452 Doing so takes away an `#include`r's ability to effectively disambiguate and to use alternatives. It also makes `#include`d headers order-dependent as they might have different meaning when included in different orders.
19454 ##### Example
19456     // bad.h
19457     #include <iostream>
19458     using namespace std; // bad
19460     // user.cpp
19461     #include "bad.h"
19463     bool copy(/*... some parameters ...*/);    // some function that happens to be named copy
19465     int main()
19466     {
19467         copy(/*...*/);    // now overloads local ::copy and std::copy, could be ambiguous
19468     }
19470 ##### Note
19472 An exception is `using namespace std::literals;`. This is necessary to use string literals
19473 in header files and given [the rules](http://eel.is/c++draft/over.literal) - users are required
19474 to name their own UDLs `operator""_x` - they will not collide with the standard library.
19476 ##### Enforcement
19478 Flag `using namespace` at global scope in a header file.
19480 ### <a name="Rs-guards"></a>SF.8: Use `#include` guards for all header files
19482 ##### Reason
19484 To avoid files being `#include`d several times.
19486 In order to avoid include guard collisions, do not just name the guard after the filename.
19487 Be sure to also include a key and good differentiator, such as the name of library or component
19488 the header file is part of.
19490 ##### Example
19492     // file foobar.h:
19493     #ifndef LIBRARY_FOOBAR_H
19494     #define LIBRARY_FOOBAR_H
19495     // ... declarations ...
19496     #endif // LIBRARY_FOOBAR_H
19498 ##### Enforcement
19500 Flag `.h` files without `#include` guards.
19502 ##### Note
19504 Some implementations offer vendor extensions like `#pragma once` as alternative to include guards.
19505 It is not standard and it is not portable.  It injects the hosting machine's filesystem semantics
19506 into your program, in addition to locking you down to a vendor.
19507 Our recommendation is to write in ISO C++: See [rule P.2](#Rp-Cplusplus).
19509 ### <a name="Rs-cycles"></a>SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files
19511 ##### Reason
19513 Cycles complicate comprehension and slow down compilation. They also
19514 complicate conversion to use language-supported modules (when they become
19515 available).
19517 ##### Note
19519 Eliminate cycles; don't just break them with `#include` guards.
19521 ##### Example, bad
19523     // file1.h:
19524     #include "file2.h"
19526     // file2.h:
19527     #include "file3.h"
19529     // file3.h:
19530     #include "file1.h"
19532 ##### Enforcement
19534 Flag all cycles.
19537 ### <a name="Rs-implicit"></a>SF.10: Avoid dependencies on implicitly `#include`d names
19539 ##### Reason
19541 Avoid surprises.
19542 Avoid having to change `#include`s if an `#include`d header changes.
19543 Avoid accidentally becoming dependent on implementation details and logically separate entities included in a header.
19545 ##### Example, bad
19547     #include <iostream>
19548     using namespace std;
19550     void use()
19551     {
19552         string s;
19553         cin >> s;               // fine
19554         getline(cin, s);        // error: getline() not defined
19555         if (s == "surprise") {  // error == not defined
19556             // ...
19557         }
19558     }
19560 `<iostream>` exposes the definition of `std::string` ("why?" makes for a fun trivia question),
19561 but it is not required to do so by transitively including the entire `<string>` header,
19562 resulting in the popular beginner question "why doesn't `getline(cin,s);` work?"
19563 or even an occasional "`string`s cannot be compared with `==`").
19565 The solution is to explicitly `#include <string>`:
19567 ##### Example, good
19569     #include <iostream>
19570     #include <string>
19571     using namespace std;
19573     void use()
19574     {
19575         string s;
19576         cin >> s;               // fine
19577         getline(cin, s);        // fine
19578         if (s == "surprise") {  // fine
19579             // ...
19580         }
19581     }
19583 ##### Note
19585 Some headers exist exactly to collect a set of consistent declarations from a variety of headers.
19586 For example:
19588     // basic_std_lib.h:
19590     #include <string>
19591     #include <map>
19592     #include <iostream>
19593     #include <random>
19594     #include <vector>
19596 a user can now get that set of declarations with a single `#include`
19598     #include "basic_std_lib.h"
19600 This rule against implicit inclusion is not meant to prevent such deliberate aggregation.
19602 ##### Enforcement
19604 Enforcement would require some knowledge about what in a header is meant to be "exported" to users and what is there to enable implementation.
19605 No really good solution is possible until we have modules.
19607 ### <a name="Rs-contained"></a>SF.11: Header files should be self-contained
19609 ##### Reason
19611 Usability, headers should be simple to use and work when included on their own.
19612 Headers should encapsulate the functionality they provide.
19613 Avoid clients of a header having to manage that header's dependencies.
19615 ##### Example
19617     #include "helpers.h"
19618     // helpers.h depends on std::string and includes <string>
19620 ##### Note
19622 Failing to follow this results in difficult to diagnose errors for clients of a header.
19624 ##### Note
19626 A header should include all its dependencies. Be careful about using relative paths because C++ implementations diverge on their meaning.
19628 ##### Enforcement
19630 A test should verify that the header file itself compiles or that a cpp file which only includes the header file compiles.
19632 ### <a name="Rs-incform"></a>SF.12: Prefer the quoted form of `#include` for files relative to the including file and the angle bracket form everywhere else
19634 ##### Reason
19636 The [standard](http://eel.is/c++draft/cpp.include) provides flexibility for compilers to implement
19637 the two forms of `#include` selected using the angle (`<>`) or quoted (`""`) syntax. Vendors take
19638 advantage of this and use different search algorithms and methods for specifying the include path.
19640 Nevertheless, the guidance is to use the quoted form for including files that exist at a relative path to the file containing the `#include` statement (from within the same component or project) and to use the angle bracket form everywhere else, where possible. This encourages being clear about the locality of the file relative to files that include it, or scenarios where the different search algorithm is required. It makes it easy to understand at a glance whether a header is being included from a local relative file versus a standard library header or a header from the alternate search path (e.g. a header from another library or a common set of includes).
19642 ##### Example
19644     // foo.cpp:
19645     #include <string>                // From the standard library, requires the <> form
19646     #include <some_library/common.h> // A file that is not locally relative, included from another library; use the <> form
19647     #include "foo.h"                 // A file locally relative to foo.cpp in the same project, use the "" form
19648     #include "util/util.h"           // A file locally relative to foo.cpp in the same project, use the "" form
19649     #include <component_b/bar.h>     // A file in the same project located via a search path, use the <> form
19651 ##### Note
19653 Failing to follow this results in difficult to diagnose errors due to picking up the wrong file by incorrectly specifying the scope when it is included. For example, in a typical case where the `#include ""` search algorithm might search for a file existing at a local relative path first, then using this form to refer to a file that is not locally relative could mean that if a file ever comes into existence at the local relative path (e.g. the including file is moved to a new location), it will now be found ahead of the previous include file and the set of includes will have been changed in an unexpected way.
19655 Library creators should put their headers in a folder and have clients include those files using the relative path `#include <some_library/common.h>`
19657 ##### Enforcement
19659 A test should identify whether headers referenced via `""` could be referenced with `<>`.
19661 ### <a name="Rs-portable-header-id"></a>SF.13: Use portable header identifiers in `#include` statements
19663 ##### Reason
19665 The [standard](http://eel.is/c++draft/cpp.include) does not specify how compilers uniquely locate headers from an identifier in an `#include` directive, nor does it specify what constitutes uniqueness. For example, whether the implementation considers the identifiers to be case-sensitive, or whether the identifiers are file system paths to a header file, and if so, how a hierarchical file system path is delimited.
19667 To maximize the portability of `#include` directives across compilers, guidance is to:
19669 * use case-sensitivity for the header identifier, matching how the header is defined by the standard, specification, implementation, or file that provides the header.
19670 * when the header identifier is a hierarchical file path, use forward-slash `/` to delimit path components as this is the most widely-accepted path-delimiting character.
19672 ##### Example
19674     // good examples
19675     #include <vector>
19676     #include <string>
19677     #include "util/util.h"
19679     // bad examples
19680     #include <VECTOR>        // bad: the standard library defines a header identified as <vector>, not <VECTOR>
19681     #include <String>        // bad: the standard library defines a header identified as <string>, not <String>
19682     #include "Util/Util.H"   // bad: the header file exists on the file system as "util/util.h"
19683     #include "util\util.h"   // bad: may not work if the implementation interprets `\u` as an escape sequence, or where '\' is not a valid path separator
19685 ##### Enforcement
19687 It is only possible to enforce on implementations where header identifiers are case-sensitive and which only support `/` as a file path delimiter.
19689 ### <a name="Rs-namespace"></a>SF.20: Use `namespace`s to express logical structure
19691 ##### Reason
19693  ???
19695 ##### Example
19697     ???
19699 ##### Enforcement
19703 ### <a name="Rs-unnamed"></a>SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header
19705 ##### Reason
19707 It is almost always a bug to mention an unnamed namespace in a header file.
19709 ##### Example
19711     // file foo.h:
19712     namespace
19713     {
19714         const double x = 1.234;  // bad
19716         double foo(double y)     // bad
19717         {
19718             return y + x;
19719         }
19720     }
19722     namespace Foo
19723     {
19724         const double x = 1.234; // good
19726         inline double foo(double y)        // good
19727         {
19728             return y + x;
19729         }
19730     }
19732 ##### Enforcement
19734 * Flag any use of an anonymous namespace in a header file.
19736 ### <a name="Rs-unnamed2"></a>SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/non-exported entities
19738 ##### Reason
19740 Nothing external can depend on an entity in a nested unnamed namespace.
19741 Consider putting every definition in an implementation source file in an unnamed namespace unless that is defining an "external/exported" entity.
19743 ##### Example; bad
19745     static int f();
19746     int g();
19747     static bool h();
19748     int k();
19750 ##### Example; good
19752     namespace {
19753         int f();
19754         bool h();
19755     }
19756     int g();
19757     int k();
19759 ##### Example
19761 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.
19763     ???
19765 ##### Enforcement
19767 * ???
19769 # <a name="S-stdlib"></a>SL: The Standard Library
19771 Using only the bare language, every task is tedious (in any language).
19772 Using a suitable library any task can be reasonably simple.
19774 The standard library has steadily grown over the years.
19775 Its description in the standard is now larger than that of the language features.
19776 So, it is likely that this library section of the guidelines will eventually grow in size to equal or exceed all the rest.
19778 << ??? We need another level of rule numbering ??? >>
19780 C++ Standard Library component summary:
19782 * [SL.con: Containers](#SS-con)
19783 * [SL.str: String](#SS-string)
19784 * [SL.io: Iostream](#SS-io)
19785 * [SL.regex: Regex](#SS-regex)
19786 * [SL.chrono: Time](#SS-chrono)
19787 * [SL.C: The C Standard Library](#SS-clib)
19789 Standard-library rule summary:
19791 * [SL.1: Use libraries wherever possible](#Rsl-lib)
19792 * [SL.2: Prefer the standard library to other libraries](#Rsl-sl)
19793 * [SL.3: Do not add non-standard entities to namespace `std`](#sl-std)
19794 * [SL.4: Use the standard library in a type-safe manner](#sl-safe)
19795 * ???
19797 ### <a name="Rsl-lib"></a>SL.1:  Use libraries wherever possible
19799 ##### Reason
19801 Save time. Don't re-invent the wheel.
19802 Don't replicate the work of others.
19803 Benefit from other people's work when they make improvements.
19804 Help other people when you make improvements.
19806 ### <a name="Rsl-sl"></a>SL.2: Prefer the standard library to other libraries
19808 ##### Reason
19810 More people know the standard library.
19811 It is more likely to be stable, well-maintained, and widely available than your own code or most other libraries.
19814 ### <a name="sl-std"></a>SL.3: Do not add non-standard entities to namespace `std`
19816 ##### Reason
19818 Adding to `std` might change the meaning of otherwise standards conforming code.
19819 Additions to `std` might clash with future versions of the standard.
19821 ##### Example
19823     namespace std { // BAD: violates standard
19825     class My_vector {
19826         //     . . .
19827     };
19829     }
19831     namespace Foo { // GOOD: user namespace is allowed
19833     class My_vector {
19834         //     . . .
19835     };
19837     }
19839 ##### Enforcement
19841 Possible, but messy and likely to cause problems with platforms.
19843 ### <a name="sl-safe"></a>SL.4: Use the standard library in a type-safe manner
19845 ##### Reason
19847 Because, obviously, breaking this rule can lead to undefined behavior, memory corruption, and all kinds of other bad errors.
19849 ##### Note
19851 This is a semi-philosophical meta-rule, which needs many supporting concrete rules.
19852 We need it as an umbrella for the more specific rules.
19854 Summary of more specific rules:
19856 * [SL.4: Use the standard library in a type-safe manner](#sl-safe)
19859 ## <a name="SS-con"></a>SL.con: Containers
19863 Container rule summary:
19865 * [SL.con.1: Prefer using STL `array` or `vector` instead of a C array](#Rsl-arrays)
19866 * [SL.con.2: Prefer using STL `vector` by default unless you have a reason to use a different container](#Rsl-vector)
19867 * [SL.con.3: Avoid bounds errors](#Rsl-bounds)
19868 * [SL.con.4: don't use `memset` or `memcpy` for arguments that are not trivially-copyable](#Rsl-copy)
19870 ### <a name="Rsl-arrays"></a>SL.con.1: Prefer using STL `array` or `vector` instead of a C array
19872 ##### Reason
19874 C arrays are less safe, and have no advantages over `array` and `vector`.
19875 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.
19876 Also, like a built-in array, a stack-allocated `std::array` keeps its elements on the stack.
19877 For a variable-length array, use `std::vector`, which additionally can change its size and handles memory allocation.
19879 ##### Example
19881     int v[SIZE];                        // BAD
19883     std::array<int, SIZE> w;            // ok
19885 ##### Example
19887     int* v = new int[initial_size];     // BAD, owning raw pointer
19888     delete[] v;                         // BAD, manual delete
19890     std::vector<int> w(initial_size);   // ok
19892 ##### Note
19894 Use `gsl::span` for non-owning references into a container.
19896 ##### Note
19898 Comparing the performance of a fixed-sized array allocated on the stack against a `vector` with its elements on the free store is bogus.
19899 You could just as well compare a `std::array` on the stack against the result of a `malloc()` accessed through a pointer.
19900 For most code, even the difference between stack allocation and free-store allocation doesn't matter, but the convenience and safety of `vector` does.
19901 People working with code for which that difference matters are quite capable of choosing between `array` and `vector`.
19903 ##### Enforcement
19905 * 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`.
19907 ### <a name="Rsl-vector"></a>SL.con.2: Prefer using STL `vector` by default unless you have a reason to use a different container
19909 ##### Reason
19911 `vector` and `array` are the only standard containers that offer the following advantages:
19913 * the fastest general-purpose access (random access, including being vectorization-friendly);
19914 * the fastest default access pattern (begin-to-end or end-to-begin is prefetcher-friendly);
19915 * the lowest space overhead (contiguous layout has zero per-element overhead, which is cache-friendly).
19917 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`.
19919 Even when other containers seem more suited, such as `map` for O(log N) lookup performance or a `list` for efficient insertion in the middle, a `vector` will usually still perform better for containers up to a few KB in size.
19921 ##### Note
19923 `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.
19925 ##### Exceptions
19927 If you have a good reason to use another container, use that instead. For example:
19929 * If `vector` suits your needs but you don't need the container to be variable size, use `array` instead.
19931 * 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.
19933 ##### Note
19935 To initialize a vector with a number of elements, use `()`-initialization.
19936 To initialize a vector with a list of elements, use `{}`-initialization.
19938     vector<int> v1(20);  // v1 has 20 elements with the value 0 (vector<int>{})
19939     vector<int> v2 {20}; // v2 has 1 element with the value 20
19941 [Prefer the {}-initializer syntax](#Res-list).
19943 ##### Enforcement
19945 * 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.
19947 ### <a name="Rsl-bounds"></a>SL.con.3: Avoid bounds errors
19949 ##### Reason
19951 Read or write beyond an allocated range of elements typically leads to bad errors, wrong results, crashes, and security violations.
19953 ##### Note
19955 The standard-library functions that apply to ranges of elements all have (or could have) bounds-safe overloads that take `span`.
19956 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()`.
19958 Ideally, the in-bounds guarantee should be statically enforced.
19959 For example:
19961 * a range-`for` cannot loop beyond the range of the container to which it is applied
19962 * a `v.begin(),v.end()` is easily determined to be bounds safe
19964 Such loops are as fast as any unchecked/unsafe equivalent.
19966 Often a simple pre-check can eliminate the need for checking of individual indices.
19967 For example
19969 * for `v.begin(),v.begin()+i` the `i` can easily be checked against `v.size()`
19971 Such loops can be much faster than individually checked element accesses.
19973 ##### Example, bad
19975     void f()
19976     {
19977         array<int, 10> a, b;
19978         memset(a.data(), 0, 10);         // BAD, and contains a length error (length = 10 * sizeof(int))
19979         memcmp(a.data(), b.data(), 10);  // BAD, and contains a length error (length = 10 * sizeof(int))
19980     }
19982 Also, `std::array<>::fill()` or `std::fill()` or even an empty initializer are better candidates than `memset()`.
19984 ##### Example, good
19986     void f()
19987     {
19988         array<int, 10> a, b, c{};       // c is initialized to zero
19989         a.fill(0);
19990         fill(b.begin(), b.end(), 0);    // std::fill()
19991         fill(b, 0);                     // std::ranges::fill()
19993         if ( a == b ) {
19994           // ...
19995         }
19996     }
19998 ##### Example
20000 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.
20002     void f(std::vector<int>& v, std::array<int, 12> a, int i)
20003     {
20004         v[0] = a[0];        // BAD
20005         v.at(0) = a[0];     // OK (alternative 1)
20006         at(v, 0) = a[0];    // OK (alternative 2)
20008         v.at(0) = a[i];     // BAD
20009         v.at(0) = a.at(i);  // OK (alternative 1)
20010         v.at(0) = at(a, i); // OK (alternative 2)
20011     }
20013 ##### Enforcement
20015 * Issue a diagnostic for any call to a standard-library function that is not bounds-checked.
20016 ??? insert link to a list of banned functions
20018 This rule is part of the [bounds profile](#SS-bounds).
20021 ### <a name="Rsl-copy"></a>SL.con.4: don't use `memset` or `memcpy` for arguments that are not trivially-copyable
20023 ##### Reason
20025 Doing so messes the semantics of the objects (e.g., by overwriting a `vptr`).
20027 ##### Note
20029 Similarly for (w)memset, (w)memcpy, (w)memmove, and (w)memcmp
20031 ##### Example
20033     struct base {
20034         virtual void update() = 0;
20035     };
20037     struct derived : public base {
20038         void update() override {}
20039     };
20042     void f(derived& a, derived& b) // goodbye v-tables
20043     {
20044         memset(&a, 0, sizeof(derived));
20045         memcpy(&a, &b, sizeof(derived));
20046         memcmp(&a, &b, sizeof(derived));
20047     }
20049 Instead, define proper default initialization, copy, and comparison functions
20051     void g(derived& a, derived& b)
20052     {
20053         a = {};    // default initialize
20054         b = a;     // copy
20055         if (a == b) do_something(a, b);
20056     }
20058 ##### Enforcement
20060 * Flag the use of those functions for types that are not trivially copyable
20062 **TODO Notes**:
20064 * Impact on the standard library will require close coordination with WG21, if only to ensure compatibility even if never standardized.
20065 * We are considering specifying bounds-safe overloads for stdlib (especially C stdlib) functions like `memcmp` and shipping them in the GSL.
20066 * 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).
20070 ## <a name="SS-string"></a>SL.str: String
20072 Text manipulation is a huge topic.
20073 `std::string` doesn't cover all of it.
20074 This section primarily tries to clarify `std::string`'s relation to `char*`, `zstring`, `string_view`, and `gsl::span<char>`.
20075 The important issue of non-ASCII character sets and encodings (e.g., `wchar_t`, Unicode, and UTF-8) will be covered elsewhere.
20077 **See also**: [regular expressions](#SS-regex)
20079 Here, we use "sequence of characters" or "string" to refer to a sequence of characters meant to be read as text (somehow, eventually).
20080 We don't consider ???
20082 String summary:
20084 * [SL.str.1: Use `std::string` to own character sequences](#Rstr-string)
20085 * [SL.str.2: Use `std::string_view` or `gsl::span<char>` to refer to character sequences](#Rstr-view)
20086 * [SL.str.3: Use `zstring` or `czstring` to refer to a C-style, zero-terminated, sequence of characters](#Rstr-zstring)
20087 * [SL.str.4: Use `char*` to refer to a single character](#Rstr-char*)
20088 * [SL.str.5: Use `std::byte` to refer to byte values that do not necessarily represent characters](#Rstr-byte)
20090 * [SL.str.10: Use `std::string` when you need to perform locale-sensitive string operations](#Rstr-locale)
20091 * [SL.str.11: Use `gsl::span<char>` rather than `std::string_view` when you need to mutate a string](#Rstr-span)
20092 * [SL.str.12: Use the `s` suffix for string literals meant to be standard-library `string`s](#Rstr-s)
20094 **See also**:
20096 * [F.24 span](#Rf-range)
20097 * [F.25 zstring](#Rf-zstring)
20100 ### <a name="Rstr-string"></a>SL.str.1: Use `std::string` to own character sequences
20102 ##### Reason
20104 `string` correctly handles allocation, ownership, copying, gradual expansion, and offers a variety of useful operations.
20106 ##### Example
20108     vector<string> read_until(const string& terminator)
20109     {
20110         vector<string> res;
20111         for (string s; cin >> s && s != terminator; ) // read a word
20112             res.push_back(s);
20113         return res;
20114     }
20116 Note how `>>` and `!=` are provided for `string` (as examples of useful operations) and there are no explicit
20117 allocations, deallocations, or range checks (`string` takes care of those).
20119 In C++17, we might use `string_view` as the argument, rather than `const string&` to allow more flexibility to callers:
20121     vector<string> read_until(string_view terminator)   // C++17
20122     {
20123         vector<string> res;
20124         for (string s; cin >> s && s != terminator; ) // read a word
20125             res.push_back(s);
20126         return res;
20127     }
20129 ##### Example, bad
20131 Don't use C-style strings for operations that require non-trivial memory management
20133     char* cat(const char* s1, const char* s2)   // beware!
20134         // return s1 + '.' + s2
20135     {
20136         int l1 = strlen(s1);
20137         int l2 = strlen(s2);
20138         char* p = (char*) malloc(l1 + l2 + 2);
20139         strcpy(p, s1, l1);
20140         p[l1] = '.';
20141         strcpy(p + l1 + 1, s2, l2);
20142         p[l1 + l2 + 1] = 0;
20143         return p;
20144     }
20146 Did we get that right?
20147 Will the caller remember to `free()` the returned pointer?
20148 Will this code pass a security review?
20150 ##### Note
20152 Do not assume that `string` is slower than lower-level techniques without measurement and remember that not all code is performance critical.
20153 [Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth)
20155 ##### Enforcement
20159 ### <a name="Rstr-view"></a>SL.str.2: Use `std::string_view` or `gsl::span<char>` to refer to character sequences
20161 ##### Reason
20163 `std::string_view` or `gsl::span<char>` provides simple and (potentially) safe access to character sequences independently of how
20164 those sequences are allocated and stored.
20166 ##### Example
20168     vector<string> read_until(string_view terminator);
20170     void user(zstring p, const string& s, string_view ss)
20171     {
20172         auto v1 = read_until(p);
20173         auto v2 = read_until(s);
20174         auto v3 = read_until(ss);
20175         // ...
20176     }
20178 ##### Note
20180 `std::string_view` (C++17) is read-only.
20182 ##### Enforcement
20186 ### <a name="Rstr-zstring"></a>SL.str.3: Use `zstring` or `czstring` to refer to a C-style, zero-terminated, sequence of characters
20188 ##### Reason
20190 Readability.
20191 Statement of intent.
20192 A plain `char*` can be a pointer to a single character, a pointer to an array of characters, a pointer to a C-style (zero-terminated) string, or even to a small integer.
20193 Distinguishing these alternatives prevents misunderstandings and bugs.
20195 ##### Example
20197     void f1(const char* s); // s is probably a string
20199 All we know is that it is supposed to be the nullptr or point to at least one character
20201     void f1(zstring s);     // s is a C-style string or the nullptr
20202     void f1(czstring s);    // s is a C-style string constant or the nullptr
20203     void f1(std::byte* s);  // s is a pointer to a byte (C++17)
20205 ##### Note
20207 Don't convert a C-style string to `string` unless there is a reason to.
20209 ##### Note
20211 Like any other "plain pointer", a `zstring` should not represent ownership.
20213 ##### Note
20215 There are billions of lines of C++ "out there", most use `char*` and `const char*` without documenting intent.
20216 They are used in a wide variety of ways, including to represent ownership and as generic pointers to memory (instead of `void*`).
20217 It is hard to separate these uses, so this guideline is hard to follow.
20218 This is one of the major sources of bugs in C and C++ programs, so it is worthwhile to follow this guideline wherever feasible.
20220 ##### Enforcement
20222 * Flag uses of `[]` on a `char*`
20223 * Flag uses of `delete` on a `char*`
20224 * Flag uses of `free()` on a `char*`
20226 ### <a name="Rstr-char*"></a>SL.str.4: Use `char*` to refer to a single character
20228 ##### Reason
20230 The variety of uses of `char*` in current code is a major source of errors.
20232 ##### Example, bad
20234     char arr[] = {'a', 'b', 'c'};
20236     void print(const char* p)
20237     {
20238         cout << p << '\n';
20239     }
20241     void use()
20242     {
20243         print(arr);   // run-time error; potentially very bad
20244     }
20246 The array `arr` is not a C-style string because it is not zero-terminated.
20248 ##### Alternative
20250 See [`zstring`](#Rstr-zstring), [`string`](#Rstr-string), and [`string_view`](#Rstr-view).
20252 ##### Enforcement
20254 * Flag uses of `[]` on a `char*`
20256 ### <a name="Rstr-byte"></a>SL.str.5: Use `std::byte` to refer to byte values that do not necessarily represent characters
20258 ##### Reason
20260 Use of `char*` to represent a pointer to something that is not necessarily a character causes confusion
20261 and disables valuable optimizations.
20263 ##### Example
20265     ???
20267 ##### Note
20269 C++17
20271 ##### Enforcement
20276 ### <a name="Rstr-locale"></a>SL.str.10: Use `std::string` when you need to perform locale-sensitive string operations
20278 ##### Reason
20280 `std::string` supports standard-library [`locale` facilities](#Rstr-locale)
20282 ##### Example
20284     ???
20286 ##### Note
20290 ##### Enforcement
20294 ### <a name="Rstr-span"></a>SL.str.11: Use `gsl::span<char>` rather than `std::string_view` when you need to mutate a string
20296 ##### Reason
20298 `std::string_view` is read-only.
20300 ##### Example
20304 ##### Note
20308 ##### Enforcement
20310 The compiler will flag attempts to write to a `string_view`.
20312 ### <a name="Rstr-s"></a>SL.str.12: Use the `s` suffix for string literals meant to be standard-library `string`s
20314 ##### Reason
20316 Direct expression of an idea minimizes mistakes.
20318 ##### Example
20320     auto pp1 = make_pair("Tokyo", 9.00);         // {C-style string,double} intended?
20321     pair<string, double> pp2 = {"Tokyo", 9.00};  // a bit verbose
20322     auto pp3 = make_pair("Tokyo"s, 9.00);        // {std::string,double}    // C++14
20323     pair pp4 = {"Tokyo"s, 9.00};                 // {std::string,double}    // C++17
20327 ##### Enforcement
20332 ## <a name="SS-io"></a>SL.io: Iostream
20334 `iostream`s is a type safe, extensible, formatted and unformatted I/O library for streaming I/O.
20335 It supports multiple (and user extensible) buffering strategies and multiple locales.
20336 It can be used for conventional I/O, reading and writing to memory (string streams),
20337 and user-defined extensions, such as streaming across networks (asio: not yet standardized).
20339 Iostream rule summary:
20341 * [SL.io.1: Use character-level input only when you have to](#Rio-low)
20342 * [SL.io.2: When reading, always consider ill-formed input](#Rio-validate)
20343 * [SL.io.3: Prefer iostreams for I/O](#Rio-streams)
20344 * [SL.io.10: Unless you use `printf`-family functions call `ios_base::sync_with_stdio(false)`](#Rio-sync)
20345 * [SL.io.50: Avoid `endl`](#Rio-endl)
20346 * [???](#???)
20348 ### <a name="Rio-low"></a>SL.io.1: Use character-level input only when you have to
20350 ##### Reason
20352 Unless you genuinely just deal with individual characters, using character-level input leads to the user code performing potentially error-prone
20353 and potentially inefficient composition of tokens out of characters.
20355 ##### Example
20357     char c;
20358     char buf[128];
20359     int i = 0;
20360     while (cin.get(c) && !isspace(c) && i < 128)
20361         buf[i++] = c;
20362     if (i == 128) {
20363         // ... handle too long string ....
20364     }
20366 Better (much simpler and probably faster):
20368     string s;
20369     s.reserve(128);
20370     cin >> s;
20372 and the `reserve(128)` is probably not worthwhile.
20374 ##### Enforcement
20379 ### <a name="Rio-validate"></a>SL.io.2: When reading, always consider ill-formed input
20381 ##### Reason
20383 Errors are typically best handled as soon as possible.
20384 If input isn't validated, every function must be written to cope with bad data (and that is not practical).
20386 ##### Example
20388     ???
20390 ##### Enforcement
20394 ### <a name="Rio-streams"></a>SL.io.3: Prefer `iostream`s for I/O
20396 ##### Reason
20398 `iostream`s are safe, flexible, and extensible.
20400 ##### Example
20402     // write a complex number:
20403     complex<double> z{ 3, 4 };
20404     cout << z << '\n';
20406 `complex` is a user-defined type and its I/O is defined without modifying the `iostream` library.
20408 ##### Example
20410     // read a file of complex numbers:
20411     for (complex<double> z; cin >> z; )
20412         v.push_back(z);
20414 ##### Exception
20416 ??? performance ???
20418 ##### Discussion: `iostream`s vs. the `printf()` family
20420 It is often (and often correctly) pointed out that the `printf()` family has two advantages compared to `iostream`s:
20421 flexibility of formatting and performance.
20422 This has to be weighed against `iostream`s advantages of extensibility to handle user-defined types, resilience against security violations,
20423 implicit memory management, and `locale` handling.
20425 If you need I/O performance, you can almost always do better than `printf()`.
20427 `gets()`, `scanf()` using `%s`, and `printf()` using `%s` are security hazards (vulnerable to buffer overflow and generally error-prone).
20428 C11 defines some "optional extensions" that do extra checking of their arguments.
20429 If present in your C library, `gets_s()`, `scanf_s()`, and `printf_s()` might be safer alternatives, but they are still not type safe.
20431 ##### Enforcement
20433 Optionally flag `<cstdio>` and `<stdio.h>`.
20435 ### <a name="Rio-sync"></a>SL.io.10: Unless you use `printf`-family functions call `ios_base::sync_with_stdio(false)`
20437 ##### Reason
20439 Synchronizing `iostreams` with `printf-style` I/O can be costly.
20440 `cin` and `cout` are by default synchronized with `printf`.
20442 ##### Example
20444     int main()
20445     {
20446         ios_base::sync_with_stdio(false);
20447         // ... use iostreams ...
20448     }
20450 ##### Enforcement
20454 ### <a name="Rio-endl"></a>SL.io.50: Avoid `endl`
20456 ##### Reason
20458 The `endl` manipulator is mostly equivalent to `'\n'` and `"\n"`;
20459 as most commonly used it simply slows down output by doing redundant `flush()`s.
20460 This slowdown can be significant compared to `printf`-style output.
20462 ##### Example
20464     cout << "Hello, World!" << endl;    // two output operations and a flush
20465     cout << "Hello, World!\n";          // one output operation and no flush
20467 ##### Note
20469 For `cin`/`cout` (and equivalent) interaction, there is no reason to flush; that's done automatically.
20470 For writing to a file, there is rarely a need to `flush`.
20472 ##### Note
20474 For string streams (specifically `ostringstream`), the insertion of an `endl` is entirely equivalent
20475 to the insertion of a `'\n'` character, but also in this case, `endl` might be significantly slower.
20477 `endl` does *not* take care of producing a platform specific end-of-line sequence (like `"\r\n"` on
20478 Windows). So for a string stream, `s << endl` just inserts a *single* character, `'\n'`.
20480 ##### Note
20482 Apart from the (occasionally important) issue of performance,
20483 the choice between `'\n'` and `endl` is almost completely aesthetic.
20485 ## <a name="SS-regex"></a>SL.regex: Regex
20487 `<regex>` is the standard C++ regular expression library.
20488 It supports a variety of regular expression pattern conventions.
20490 ## <a name="SS-chrono"></a>SL.chrono: Time
20492 `<chrono>` (defined in namespace `std::chrono`) provides the notions of `time_point` and `duration` together with functions for
20493 outputting time in various units.
20494 It provides clocks for registering `time_points`.
20496 ## <a name="SS-clib"></a>SL.C: The C Standard Library
20500 C Standard Library rule summary:
20502 * [SL.C.1: Don't use setjmp/longjmp](#Rclib-jmp)
20503 * [???](#???)
20504 * [???](#???)
20506 ### <a name="Rclib-jmp"></a>SL.C.1: Don't use setjmp/longjmp
20508 ##### Reason
20510 a `longjmp` ignores destructors, thus invalidating all resource-management strategies relying on RAII
20512 ##### Enforcement
20514 Flag all occurrences of `longjmp`and `setjmp`
20518 # <a name="S-A"></a>A: Architectural ideas
20520 This section contains ideas about higher-level architectural ideas and libraries.
20522 Architectural rule summary:
20524 * [A.1: Separate stable code from less stable code](#Ra-stable)
20525 * [A.2: Express potentially reusable parts as a library](#Ra-lib)
20526 * [A.4: There should be no cycles among libraries](#Ra-dag)
20527 * [???](#???)
20528 * [???](#???)
20529 * [???](#???)
20530 * [???](#???)
20531 * [???](#???)
20532 * [???](#???)
20534 ### <a name="Ra-stable"></a>A.1: Separate stable code from less stable code
20536 Isolating less stable code facilitates its unit testing, interface improvement, refactoring, and eventual deprecation.
20538 ### <a name="Ra-lib"></a>A.2: Express potentially reusable parts as a library
20540 ##### Reason
20542 ##### Note
20544 A library is a collection of declarations and definitions maintained, documented, and shipped together.
20545 A library could be a set of headers (a "header-only library") or a set of headers plus a set of object files.
20546 You can statically or dynamically link a library into a program, or you can `#include` a header-only library.
20549 ### <a name="Ra-dag"></a>A.4: There should be no cycles among libraries
20551 ##### Reason
20553 * A cycle complicates the build process.
20554 * Cycles are hard to understand and might introduce indeterminism (unspecified behavior).
20556 ##### Note
20558 A library can contain cyclic references in the definition of its components.
20559 For example:
20561     ???
20563 However, a library should not depend on another that depends on it.
20566 # <a name="S-not"></a>NR: Non-Rules and myths
20568 This section contains rules and guidelines that are popular somewhere, but that we deliberately don't recommend.
20569 We know perfectly well that there have been times and places where these rules made sense, and we have used them ourselves at times.
20570 However, in the context of the styles of programming we recommend and support with the guidelines, these "non-rules" would do harm.
20572 Even today, there can be contexts where the rules make sense.
20573 For example, lack of suitable tool support can make exceptions unsuitable in hard-real-time systems,
20574 but please don't naïvely trust "common wisdom" (e.g., unsupported statements about "efficiency");
20575 such "wisdom" might be based on decades-old information or experiences from languages with very different properties than C++
20576 (e.g., C or Java).
20578 The positive arguments for alternatives to these non-rules are listed in the rules offered as "Alternatives".
20580 Non-rule summary:
20582 * [NR.1: Don't insist that all declarations should be at the top of a function](#Rnr-top)
20583 * [NR.2: Don't insist to have only a single `return`-statement in a function](#Rnr-single-return)
20584 * [NR.3: Don't avoid exceptions](#Rnr-no-exceptions)
20585 * [NR.4: Don't insist on placing each class definition in its own source file](#Rnr-lots-of-files)
20586 * [NR.5: Don't use two-phase initialization](#Rnr-two-phase-init)
20587 * [NR.6: Don't place all cleanup actions at the end of a function and `goto exit`](#Rnr-goto-exit)
20588 * [NR.7: Don't make all data members `protected`](#Rnr-protected-data)
20589 * ???
20591 ### <a name="Rnr-top"></a>NR.1: Don't insist that all declarations should be at the top of a function
20593 ##### Reason
20595 The "all declarations on top" rule is a legacy of old programming languages that didn't allow initialization of variables and constants after a statement.
20596 This leads to longer programs and more errors caused by uninitialized and wrongly initialized variables.
20598 ##### Example, bad
20600     int use(int x)
20601     {
20602         int i;
20603         char c;
20604         double d;
20606         // ... some stuff ...
20608         if (x < i) {
20609             // ...
20610             i = f(x, d);
20611         }
20612         if (i < x) {
20613             // ...
20614             i = g(x, c);
20615         }
20616         return i;
20617     }
20619 The larger the distance between the uninitialized variable and its use, the larger the chance of a bug.
20620 Fortunately, compilers catch many "used before set" errors.
20621 Unfortunately, compilers cannot catch all such errors and unfortunately, the bugs aren't always as simple to spot as in this small example.
20624 ##### Alternative
20626 * [Always initialize an object](#Res-always)
20627 * [ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it](#Res-introduce)
20629 ### <a name="Rnr-single-return"></a>NR.2: Don't insist to have only a single `return`-statement in a function
20631 ##### Reason
20633 The single-return rule can lead to unnecessarily convoluted code and the introduction of extra state variables.
20634 In particular, the single-return rule makes it harder to concentrate error checking at the top of a function.
20636 ##### Example
20638     template<class T>
20639     //  requires Number<T>
20640     string sign(T x)
20641     {
20642         if (x < 0)
20643             return "negative";
20644         if (x > 0)
20645             return "positive";
20646         return "zero";
20647     }
20649 to use a single return only we would have to do something like
20651     template<class T>
20652     //  requires Number<T>
20653     string sign(T x)        // bad
20654     {
20655         string res;
20656         if (x < 0)
20657             res = "negative";
20658         else if (x > 0)
20659             res = "positive";
20660         else
20661             res = "zero";
20662         return res;
20663     }
20665 This is both longer and likely to be less efficient.
20666 The larger and more complicated the function is, the more painful the workarounds get.
20667 Of course many simple functions will naturally have just one `return` because of their simpler inherent logic.
20669 ##### Example
20671     int index(const char* p)
20672     {
20673         if (!p) return -1;  // error indicator: alternatively "throw nullptr_error{}"
20674         // ... do a lookup to find the index for p
20675         return i;
20676     }
20678 If we applied the rule, we'd get something like
20680     int index2(const char* p)
20681     {
20682         int i;
20683         if (!p)
20684             i = -1;  // error indicator
20685         else {
20686             // ... do a lookup to find the index for p
20687         }
20688         return i;
20689     }
20691 Note that we (deliberately) violated the rule against uninitialized variables because this style commonly leads to that.
20692 Also, this style is a temptation to use the [goto exit](#Rnr-goto-exit) non-rule.
20694 ##### Alternative
20696 * Keep functions short and simple
20697 * Feel free to use multiple `return` statements (and to throw exceptions).
20699 ### <a name="Rnr-no-exceptions"></a>NR.3: Don't avoid exceptions
20701 ##### Reason
20703 There seem to be four main reasons given for not using exceptions:
20705 * exceptions are inefficient
20706 * exceptions lead to leaks and errors
20707 * exception performance is not predictable
20708 * the exception-handling run-time support takes up too much space
20710 There is no way we can settle this issue to the satisfaction of everybody.
20711 After all, the discussions about exceptions have been going on for 40+ years.
20712 Some languages cannot be used without exceptions, but others do not support them.
20713 This leads to strong traditions for the use and non-use of exceptions, and to heated debates.
20715 However, we can briefly outline why we consider exceptions the best alternative for general-purpose programming
20716 and in the context of these guidelines.
20717 Simple arguments for and against are often inconclusive.
20718 There are specialized applications where exceptions indeed can be inappropriate
20719 (e.g., hard-real-time systems without support for reliable estimates of the cost of handling an exception).
20721 Consider the major objections to exceptions in turn
20723 * Exceptions are inefficient:
20724 Compared to what?
20725 When comparing make sure that the same set of errors are handled and that they are handled equivalently.
20726 In particular, do not compare a program that immediately terminates on seeing an error to a program
20727 that carefully cleans up resources before logging an error.
20728 Yes, some systems have poor exception handling implementations; sometimes, such implementations force us to use
20729 other error-handling approaches, but that's not a fundamental problem with exceptions.
20730 When using an efficiency argument - in any context - be careful that you have good data that actually provides
20731 insight into the problem under discussion.
20732 * Exceptions lead to leaks and errors.
20733 They do not.
20734 If your program is a rat's nest of pointers without an overall strategy for resource management,
20735 you have a problem whatever you do.
20736 If your system consists of a million lines of such code,
20737 you probably will not be able to use exceptions,
20738 but that's a problem with excessive and undisciplined pointer use, rather than with exceptions.
20739 In our opinion, you need RAII to make exception-based error handling simple and safe -- simpler and safer than alternatives.
20740 * Exception performance is not predictable.
20741 If you are in a hard-real-time system where you must guarantee completion of a task in a given time,
20742 you need tools to back up such guarantees.
20743 As far as we know such tools are not available (at least not to most programmers).
20744 * The exception-handling run-time support takes up too much space.
20745 This can be the case in small (usually embedded) systems.
20746 However, before abandoning exceptions consider what space consistent error-handling using error-codes would require
20747 and what failure to catch an error would cost.
20749 Many, possibly most, problems with exceptions stem from historical needs to interact with messy old code.
20751 The fundamental arguments for the use of exceptions are
20753 * They clearly differentiate between erroneous return and ordinary return
20754 * They cannot be forgotten or ignored
20755 * They can be used systematically
20757 Remember
20759 * Exceptions are for reporting errors (in C++; other languages can have different uses for exceptions).
20760 * Exceptions are not for errors that can be handled locally.
20761 * Don't try to catch every exception in every function (that's tedious, clumsy, and leads to slow code).
20762 * Exceptions are not for errors that require instant termination of a module/system after a non-recoverable error.
20764 ##### Example
20766     ???
20768 ##### Alternative
20770 * [RAII](#Re-raii)
20771 * Contracts/assertions: Use GSL's `Expects` and `Ensures` (until we get language support for contracts)
20773 ### <a name="Rnr-lots-of-files"></a>NR.4: Don't insist on placing each class definition in its own source file
20775 ##### Reason
20777 The resulting number of files from placing each class in its own file are hard to manage and can slow down compilation.
20778 Individual classes are rarely a good logical unit of maintenance and distribution.
20780 ##### Example
20782     ???
20784 ##### Alternative
20786 * Use namespaces containing logically cohesive sets of classes and functions.
20788 ### <a name="Rnr-two-phase-init"></a>NR.5: Don't use two-phase initialization
20790 ##### Reason
20792 Splitting initialization into two leads to weaker invariants,
20793 more complicated code (having to deal with semi-constructed objects),
20794 and errors (when we didn't deal correctly with semi-constructed objects consistently).
20796 ##### Example, bad
20798     // Old conventional style: many problems
20800     class Picture
20801     {
20802         int mx;
20803         int my;
20804         int * data;
20805     public:
20806         // main problem: constructor does not fully construct
20807         Picture(int x, int y)
20808         {
20809             mx = x;         // also bad: assignment in constructor body
20810                             // rather than in member initializer
20811             my = y;
20812             data = nullptr; // also bad: constant initialization in constructor
20813                             // rather than in member initializer
20814         }
20816         ~Picture()
20817         {
20818             Cleanup();
20819         }
20821         // ...
20823         // bad: two-phase initialization
20824         bool Init()
20825         {
20826             // invariant checks
20827             if (mx <= 0 || my <= 0) {
20828                 return false;
20829             }
20830             if (data) {
20831                 return false;
20832             }
20833             data = (int*) malloc(mx*my*sizeof(int));   // also bad: owning raw * and malloc
20834             return data != nullptr;
20835         }
20837         // also bad: no reason to make cleanup a separate function
20838         void Cleanup()
20839         {
20840             if (data) free(data);
20841             data = nullptr;
20842         }
20843     };
20845     Picture picture(100, 0); // not ready-to-use picture here
20846     // this will fail..
20847     if (!picture.Init()) {
20848         puts("Error, invalid picture");
20849     }
20850     // now have an invalid picture object instance.
20852 ##### Example, good
20854     class Picture
20855     {
20856         int mx;
20857         int my;
20858         vector<int> data;
20860         static int check_size(int size)
20861         {
20862             // invariant check
20863             Expects(size > 0);
20864             return size;
20865         }
20867     public:
20868         // even better would be a class for a 2D Size as one single parameter
20869         Picture(int x, int y)
20870             : mx(check_size(x))
20871             , my(check_size(y))
20872             // now we know x and y have a valid size
20873             , data(mx * my) // will throw std::bad_alloc on error
20874         {
20875             // picture is ready-to-use
20876         }
20878         // compiler generated dtor does the job. (also see C.21)
20880         // ...
20881     };
20883     Picture picture1(100, 100);
20884     // picture1 is ready-to-use here...
20886     // not a valid size for y,
20887     // default contract violation behavior will call std::terminate then
20888     Picture picture2(100, 0);
20889     // not reach here...
20891 ##### Alternative
20893 * Always establish a class invariant in a constructor.
20894 * Don't define an object before it is needed.
20896 ### <a name="Rnr-goto-exit"></a>NR.6: Don't place all cleanup actions at the end of a function and `goto exit`
20898 ##### Reason
20900 `goto` is error-prone.
20901 This technique is a pre-exception technique for RAII-like resource and error handling.
20903 ##### Example, bad
20905     void do_something(int n)
20906     {
20907         if (n < 100) goto exit;
20908         // ...
20909         int* p = (int*) malloc(n);
20910         // ...
20911         if (some_error) goto_exit;
20912         // ...
20913     exit:
20914         free(p);
20915     }
20917 and spot the bug.
20919 ##### Alternative
20921 * Use exceptions and [RAII](#Re-raii)
20922 * for non-RAII resources, use [`finally`](#Re-finally).
20924 ### <a name="Rnr-protected-data"></a>NR.7: Don't make all data members `protected`
20926 ##### Reason
20928 `protected` data is a source of errors.
20929 `protected` data can be manipulated from an unbounded amount of code in various places.
20930 `protected` data is the class hierarchy equivalent to global data.
20932 ##### Example
20934     ???
20936 ##### Alternative
20938 * [Make member data `public` or (preferably) `private`](#Rh-protected)
20941 # <a name="S-references"></a>RF: References
20943 Many coding standards, rules, and guidelines have been written for C++, and especially for specialized uses of C++.
20944 Many
20946 * focus on lower-level issues, such as the spelling of identifiers
20947 * are written by C++ novices
20948 * see "stopping programmers from doing unusual things" as their primary aim
20949 * aim at portability across many compilers (some 10 years old)
20950 * are written to preserve decades old code bases
20951 * aim at a single application domain
20952 * are downright counterproductive
20953 * are ignored (must be ignored by programmers to get their work done well)
20955 A bad coding standard is worse than no coding standard.
20956 However an appropriate set of guidelines are much better than no standards: "Form is liberating."
20958 Why can't we just have a language that allows all we want and disallows all we don't want ("a perfect language")?
20959 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.
20960 Also, your needs change over time and a general-purpose language is needed to allow you to adapt.
20961 A language that is ideal for today would be overly restrictive tomorrow.
20963 Coding guidelines adapt the use of a language to specific needs.
20964 Thus, there cannot be a single coding style for everybody.
20965 We expect different organizations to provide additions, typically with more restrictions and firmer style rules.
20967 Reference sections:
20969 * [RF.rules: Coding rules](#SS-rules)
20970 * [RF.books: Books with coding guidelines](#SS-books)
20971 * [RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14/C++17)](#SS-Cplusplus)
20972 * [RF.web: Websites](#SS-web)
20973 * [RS.video: Videos about "modern C++"](#SS-vid)
20974 * [RF.man: Manuals](#SS-man)
20975 * [RF.core: Core Guidelines materials](#SS-core)
20977 ## <a name="SS-rules"></a>RF.rules: Coding rules
20979 * [AUTOSAR Guidelines for the use of the C++14 language in critical and safety-related systems v17.10](https://web.archive.org/web/20220629085753/https://www.autosar.org/fileadmin/user_upload/standards/adaptive/17-03/AUTOSAR_RS_CPP14Guidelines.pdf)
20980 * [Boost Library Requirements and Guidelines](http://www.boost.org/development/requirements.html).
20981   ???.
20982 * [Bloomberg: BDE C++ Coding](https://github.com/bloomberg/bde/wiki/CodingStandards.pdf).
20983   Has a strong emphasis on code organization and layout.
20984 * Facebook: ???
20985 * [GCC Coding Conventions](https://gcc.gnu.org/codingconventions.html).
20986   C++03 and (reasonably) a bit backwards looking.
20987 * [Google C++ Style Guide](https://google.github.io/styleguide/cppguide.html).
20988   Geared toward C++17 and (also) older code bases. Google experts are now actively collaborating here on helping to improve these Guidelines, and hopefully to merge efforts so these can be a modern common set they could also recommend.
20989 * [JSF++: JOINT STRIKE FIGHTER AIR VEHICLE C++ CODING STANDARDS](http://www.stroustrup.com/JSF-AV-rules.pdf).
20990   Document Number 2RDU00001 Rev C. December 2005.
20991   For flight control software.
20992   For hard-real-time.
20993   This means that it is necessarily very restrictive ("if the program fails somebody dies").
20994   For example, no free store allocation or deallocation is allowed to occur after the plane takes off (no memory overflow and no fragmentation allowed).
20995   No exception is allowed to be used (because there was no available tool for guaranteeing that an exception would be handled within a fixed short time).
20996   Libraries used have to have been approved for mission critical applications.
20997   Any similarities to this set of guidelines are unsurprising because Bjarne Stroustrup was an author of JSF++.
20998   Recommended, but note its very specific focus.
20999 * [MISRA C++:2023 Guidelines for the use C++17 in critical systems](https://misra.org.uk/product/misra-cpp2023/).
21000 * [Using C++ in Mozilla Code](https://firefox-source-docs.mozilla.org/code-quality/coding-style/using_cxx_in_firefox_code.html).
21001   As the name indicates, this aims for portability across many (old) compilers.
21002   As such, it is restrictive.
21003 * [Geosoft.no: C++ Programming Style Guidelines](http://geosoft.no/development/cppstyle.html).
21004   ???.
21005 * [Possibility.com: C++ Coding Standard](http://www.possibility.com/Cpp/CppCodingStandard.html).
21006   ???.
21007 * [SEI CERT: Secure C++ Coding Standard](https://wiki.sei.cmu.edu/confluence/x/Wnw-BQ).
21008   A very nicely done set of rules (with examples and rationales) done for security-sensitive code.
21009   Many of their rules apply generally.
21010 * [High Integrity C++ Coding Standard](http://www.codingstandard.com/).
21011 * [llvm](http://llvm.org/docs/CodingStandards.html).
21012   Somewhat brief, based on C++14, and (not unreasonably) adjusted to its domain.
21013 * ???
21015 ## <a name="SS-books"></a>RF.books: Books with coding guidelines
21017 * [Meyers96](#Meyers96) Scott Meyers: *More Effective C++*. Addison-Wesley 1996.
21018 * [Meyers97](#Meyers97) Scott Meyers: *Effective C++, Second Edition*. Addison-Wesley 1997.
21019 * [Meyers01](#Meyers01) Scott Meyers: *Effective STL*. Addison-Wesley 2001.
21020 * [Meyers05](#Meyers05) Scott Meyers: *Effective C++, Third Edition*. Addison-Wesley 2005.
21021 * [Meyers15](#Meyers15) Scott Meyers: *Effective Modern C++*. O'Reilly 2015.
21022 * [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.
21023 * [Stroustrup05](#Stroustrup05) Bjarne Stroustrup: [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
21024   LCSD05. October 2005.
21025 * [Stroustrup14](#Stroustrup05) Stroustrup: [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
21026   Addison Wesley 2014.
21027   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
21028 * [Stroustrup13](#Stroustrup13) Stroustrup: [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html).
21029   Addison Wesley 2013.
21030   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
21031 * Stroustrup: [Style Guide](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf)
21032   for [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html).
21033   Mostly low-level naming and layout rules.
21034   Primarily a teaching tool.
21036 ## <a name="SS-Cplusplus"></a>RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14)
21038 * [TC++PL4](http://www.stroustrup.com/4th.html):
21039 A thorough description of the C++ language and standard libraries for experienced programmers.
21040 * [Tour++](http://www.stroustrup.com/Tour.html):
21041 An overview of the C++ language and standard libraries for experienced programmers.
21042 * [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html):
21043 A textbook for beginners and relative novices.
21045 ## <a name="SS-web"></a>RF.web: Websites
21047 * [isocpp.org](https://isocpp.org)
21048 * [Bjarne Stroustrup's home pages](http://www.stroustrup.com)
21049 * [WG21](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/)
21050 * [Boost](http://www.boost.org)<a name="Boost"></a>
21051 * [Adobe open source](https://opensource.adobe.com/)
21052 * [Poco libraries](http://pocoproject.org/)
21053 * Sutter's Mill?
21054 * ???
21056 ## <a name="SS-vid"></a>RS.video: Videos about "modern C++"
21058 * Bjarne Stroustrup: [C++11 Style](http://channel9.msdn.com/Events/GoingNative/GoingNative-2012/Keynote-Bjarne-Stroustrup-Cpp11-Style). 2012.
21059 * 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
21060 * All the talks from [CppCon '14](https://isocpp.org/blog/2014/11/cppcon-videos-c9)
21061 * Bjarne Stroustrup: [The essence of C++](https://www.youtube.com/watch?v=86xWVb4XIyE) at the University of Edinburgh. 2014.
21062 * Bjarne Stroustrup: [The Evolution of C++ Past, Present and Future](https://www.youtube.com/watch?v=_wzc7a3McOs). CppCon 2016 keynote.
21063 * Bjarne Stroustrup: [Make Simple Tasks Simple!](https://www.youtube.com/watch?v=nesCaocNjtQ). CppCon 2014 keynote.
21064 * Bjarne Stroustrup: [Writing Good C++14](https://www.youtube.com/watch?v=1OEu9C51K2A). CppCon 2015 keynote about the Core Guidelines.
21065 * Herb Sutter: [Writing Good C++14... By Default](https://www.youtube.com/watch?v=hEx5DNLWGgA). CppCon 2015 keynote about the Core Guidelines.
21066 * CppCon 15
21067 * ??? C++ Next
21068 * ??? Meting C++
21069 * ??? more ???
21071 ## <a name="SS-man"></a>RF.man: Manuals
21073 * ISO C++ Standard C++11.
21074 * ISO C++ Standard C++14.
21075 * [ISO C++ Standard C++17](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4606.pdf). Committee Draft.
21076 * [Palo Alto "Concepts" TR](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2012/n3351.pdf).
21077 * [ISO C++ Concepts TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
21078 * [WG21 Ranges report](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf). Draft.
21081 ## <a name="SS-core"></a>RF.core: Core Guidelines materials
21083 This section contains materials that have been useful for presenting the core guidelines and the ideas behind them:
21085 * [Our documents directory](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/tree/master/docs)
21086 * Stroustrup, Sutter, and Dos Reis: [A brief introduction to C++'s model for type- and resource-safety](http://www.stroustrup.com/resource-model.pdf). A paper with lots of examples.
21087 * Sergey Zubkov: [a Core Guidelines talk](https://www.youtube.com/watch?v=DyLwdl_6vmU)
21088 and here are the [slides](http://2017.cppconf.ru/talks/sergey-zubkov). In Russian. 2017.
21089 * Neil MacIntosh: [The Guideline Support Library: One Year Later](https://www.youtube.com/watch?v=_GhNnCuaEjo). CppCon 2016.
21090 * Bjarne Stroustrup: [Writing Good C++14](https://www.youtube.com/watch?v=1OEu9C51K2A). CppCon 2015 keynote.
21091 * Herb Sutter: [Writing Good C++14... By Default](https://www.youtube.com/watch?v=hEx5DNLWGgA). CppCon 2015 keynote.
21092 * Peter Sommerlad: [C++ Core Guidelines - Modernize your C++ Code Base](https://www.youtube.com/watch?v=fQ926v4ZzAM). ACCU 2017.
21093 * Bjarne Stroustrup: [No Littering!](https://www.youtube.com/watch?v=01zI9kV4h8c). Bay Area ACCU 2016.
21094 It gives some idea of the ambition level for the Core Guidelines.
21096 Note that slides for CppCon presentations are available (links with the posted videos).
21098 Contributions to this list would be most welcome.
21100 ## <a name="SS-ack"></a>Acknowledgements
21102 Thanks to the many people who contributed rules, suggestions, supporting information, references, etc.:
21104 * Peter Juhl
21105 * Neil MacIntosh
21106 * Axel Naumann
21107 * Andrew Pardoe
21108 * Gabriel Dos Reis
21109 * Zhuang, Jiangang (Jeff)
21110 * Sergey Zubkov
21112 and see the contributor list on the github.
21114 # <a name="S-profile"></a>Pro: Profiles
21116 Ideally, we would follow all of the guidelines.
21117 That would give the cleanest, most regular, least error-prone, and often the fastest code.
21118 Unfortunately, that is usually impossible because we have to fit our code into large code bases and use existing libraries.
21119 Often, such code has been written over decades and does not follow these guidelines.
21120 We must aim for [gradual adoption](#S-modernizing).
21122 Whatever strategy for gradual adoption we adopt, we need to be able to apply sets of related guidelines to address some set
21123 of problems first and leave the rest until later.
21124 A similar idea of "related guidelines" becomes important when some, but not all, guidelines are considered relevant to a code base
21125 or if a set of specialized guidelines is to be applied for a specialized application area.
21126 We call such a set of related guidelines a "profile".
21127 We aim for such a set of guidelines to be coherent so that they together help us reach a specific goal, such as "absence of range errors"
21128 or "static type safety."
21129 Each profile is designed to eliminate a class of errors.
21130 Enforcement of "random" rules in isolation is more likely to be disruptive to a code base than delivering a definite improvement.
21132 A "profile" is a set of deterministic and portably enforceable subset of rules (i.e., restrictions) that are designed to achieve a specific guarantee.
21133 "Deterministic" means they require only local analysis and could be implemented in a compiler (though they don't need to be).
21134 "Portably enforceable" means they are like language rules, so programmers can count on different enforcement tools giving the same answer for the same code.
21136 Code written to be warning-free using such a language profile is considered to conform to the profile.
21137 Conforming code is considered to be safe by construction with regard to the safety properties targeted by that profile.
21138 Conforming code will not be the root cause of errors for that property,
21139 although such errors might be introduced into a program by other code, libraries or the external environment.
21140 A profile might also introduce additional library types to ease conformance and encourage correct code.
21142 Profiles summary:
21144 * [Pro.type: Type safety](#SS-type)
21145 * [Pro.bounds: Bounds safety](#SS-bounds)
21146 * [Pro.lifetime: Lifetime safety](#SS-lifetime)
21148 In the future, we expect to define many more profiles and add more checks to existing profiles.
21149 Candidates include:
21151 * narrowing arithmetic promotions/conversions (likely part of a separate safe-arithmetic profile)
21152 * arithmetic cast from negative floating point to unsigned integral type (ditto)
21153 * selected undefined behavior: Start with Gabriel Dos Reis's UB list developed for the WG21 study group
21154 * selected unspecified behavior: Addressing portability concerns.
21155 * `const` violations: Mostly done by compilers already, but we can catch inappropriate casting and underuse of `const`.
21157 Enabling a profile is implementation defined; typically, it is set in the analysis tool used.
21159 To suppress enforcement of a profile check, place a `suppress` annotation on a language contract. For example:
21161     [[suppress("bounds")]] char* raw_find(char* p, int n, char x)    // find x in p[0]..p[n - 1]
21162     {
21163         // ...
21164     }
21166 Now `raw_find()` can scramble memory to its heart's content.
21167 Obviously, suppression should be very rare.
21169 ## <a name="SS-type"></a>Pro.safety: Type-safety profile
21171 This profile makes it easier to construct code that uses types correctly and avoids inadvertent type punning.
21172 It does so by focusing on removing the primary sources of type violations, including unsafe uses of casts and unions.
21174 For the purposes of this section,
21175 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.
21176 Memory accessed as a type `T` should not be valid memory that actually contains an object of an unrelated type `U`.
21177 Note that the safety is intended to be complete when combined also with [Bounds safety](#SS-bounds) and [Lifetime safety](#SS-lifetime).
21179 An implementation of this profile shall recognize the following patterns in source code as non-conforming and issue a diagnostic.
21181 Type safety profile summary:
21183 * <a name="Pro-type-avoidcasts"></a>Type.1: [Avoid casts](#Res-casts):
21185   1. <a name="Pro-type-reinterpretcast"></a>Don't use `reinterpret_cast`; A strict version of [Avoid casts](#Res-casts) and [prefer named casts](#Res-casts-named).
21186   2. <a name="Pro-type-arithmeticcast"></a>Don't use `static_cast` for arithmetic types; A strict version of [Avoid casts](#Res-casts) and [prefer named casts](#Res-casts-named).
21187   3. <a name="Pro-type-identitycast"></a>Don't cast between pointer types where the source type and the target type are the same; A strict version of [Avoid casts](#Res-casts).
21188   4. <a name="Pro-type-implicitpointercast"></a>Don't cast between pointer types when the conversion could be implicit; A strict version of [Avoid casts](#Res-casts).
21189 * <a name="Pro-type-downcast"></a>Type.2: Don't use `static_cast` to downcast:
21190 [Use `dynamic_cast` instead](#Rh-dynamic_cast).
21191 * <a name="Pro-type-constcast"></a>Type.3: Don't use `const_cast` to cast away `const` (i.e., at all):
21192 [Don't cast away const](#Res-casts-const).
21193 * <a name="Pro-type-cstylecast"></a>Type.4: Don't use C-style `(T)expression` or functional `T(expression)` casts:
21194 Prefer [construction](#Res-construct) or [named casts](#Res-casts-named) or `T{expression}`.
21195 * <a name="Pro-type-init"></a>Type.5: Don't use a variable before it has been initialized:
21196 [always initialize](#Res-always).
21197 * <a name="Pro-type-memberinit"></a>Type.6: Always initialize a data member:
21198 [always initialize](#Res-always),
21199 possibly using [default constructors](#Rc-default0) or
21200 [default member initializers](#Rc-in-class-initializer).
21201 * <a name="Pro-type-union"></a>Type.7: Avoid naked union:
21202 [Use `variant` instead](#Ru-naked).
21203 * <a name="Pro-type-varargs"></a>Type.8: Avoid varargs:
21204 [Don't use `va_arg` arguments](#F-varargs).
21206 ##### Impact
21208 With the type-safety profile you can trust that every operation is applied to a valid object.
21209 An exception can be thrown to indicate errors that cannot be detected statically (at compile time).
21210 Note that this type-safety can be complete only if we also have [Bounds safety](#SS-bounds) and [Lifetime safety](#SS-lifetime).
21211 Without those guarantees, a region of memory could be accessed independent of which object, objects, or parts of objects are stored in it.
21214 ## <a name="SS-bounds"></a>Pro.bounds: Bounds safety profile
21216 This profile makes it easier to construct code that operates within the bounds of allocated blocks of memory.
21217 It does so by focusing on removing the primary sources of bounds violations: pointer arithmetic and array indexing.
21218 One of the core features of this profile is to restrict pointers to only refer to single objects, not arrays.
21220 We define bounds-safety to be the property that a program does not use an object to access memory outside of the range that was allocated for it.
21221 Bounds safety is intended to be complete only when combined with [Type safety](#SS-type) and [Lifetime safety](#SS-lifetime),
21222 which cover other unsafe operations that allow bounds violations.
21224 Bounds safety profile summary:
21226 * <a name="Pro-bounds-arithmetic"></a>Bounds.1: Don't use pointer arithmetic. Use `span` instead:
21227 [Pass pointers to single objects (only)](#Ri-array) and [Keep pointer arithmetic simple](#Res-ptr).
21228 * <a name="Pro-bounds-arrayindex"></a>Bounds.2: Only index into arrays using constant expressions:
21229 [Pass pointers to single objects (only)](#Ri-array) and [Keep pointer arithmetic simple](#Res-ptr).
21230 * <a name="Pro-bounds-decay"></a>Bounds.3: No array-to-pointer decay:
21231 [Pass pointers to single objects (only)](#Ri-array) and [Keep pointer arithmetic simple](#Res-ptr).
21232 * <a name="Pro-bounds-stdlib"></a>Bounds.4: Don't use standard-library functions and types that are not bounds-checked:
21233 [Use the standard library in a type-safe manner](#Rsl-bounds).
21235 ##### Impact
21237 Bounds safety implies that access to an object - notably arrays - does not access beyond the object's memory allocation.
21238 This eliminates a large class of insidious and hard-to-find errors, including the (in)famous "buffer overflow" errors.
21239 This closes security loopholes as well as a prominent source of memory corruption (when writing out of bounds).
21240 Even if an out-of-bounds access is "just a read", it can lead to invariant violations (when the accessed isn't of the assumed type)
21241 and "mysterious values."
21244 ## <a name="SS-lifetime"></a>Pro.lifetime: Lifetime safety profile
21246 Accessing through a pointer that doesn't point to anything is a major source of errors,
21247 and very hard to avoid in many traditional C or C++ styles of programming.
21248 For example, a pointer might be uninitialized, the `nullptr`, point beyond the range of an array, or to a deleted object.
21250 [See the current design specification here.](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/docs/Lifetime.pdf)
21252 Lifetime safety profile summary:
21254 * <a name="Pro-lifetime-invalid-deref"></a>Lifetime.1: Don't dereference a possibly invalid pointer:
21255 [detect or avoid](#Res-deref).
21257 ##### Impact
21259 Once completely enforced through a combination of style rules, static analysis, and library support, this profile
21261 * eliminates one of the major sources of nasty errors in C++
21262 * eliminates a major source of potential security violations
21263 * improves performance by eliminating redundant "paranoia" checks
21264 * increases confidence in correctness of code
21265 * avoids undefined behavior by enforcing a key C++ language rule
21268 # <a name="S-gsl"></a>GSL: Guidelines support library
21270 The GSL is a small library of facilities designed to support this set of guidelines.
21271 Without these facilities, the guidelines would have to be far more restrictive on language details.
21273 The Core Guidelines support library is defined in namespace `gsl` and the names might be aliases for standard library or other well-known library names. Using the (compile-time) indirection through the `gsl` namespace allows for experimentation and for local variants of the support facilities.
21275 The GSL is header only, and can be found at [GSL: Guidelines support library](https://github.com/Microsoft/GSL).
21276 The support library facilities are designed to be extremely lightweight (zero-overhead) so that they impose no overhead compared to using conventional alternatives.
21277 Where desirable, they can be "instrumented" with additional functionality (e.g., checks) for tasks such as debugging.
21279 These Guidelines use types from the standard (e.g., C++17) in addition to ones from the GSL.
21280 For example, we assume a `variant` type, but this is not currently in GSL.
21281 Eventually, use [the one voted into C++17](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0088r3.html).
21283 Some of the GSL types listed below might not be supported in the library you use due to technical reasons such as limitations in the current versions of C++.
21284 Therefore, please consult your GSL documentation to find out more.
21286 For each GSL type below we state an invariant for that type. That invariant holds as long as user code only changes the state of a GSL object using the type's provided member/free functions (i.e., user code does not bypass the type's interface to change the object's value/bits by violating any other Guidelines rule).
21288 Summary of GSL components:
21290 * [GSL.view: Views](#SS-views)
21291 * [GSL.owner: Ownership pointers](#SS-ownership)
21292 * [GSL.assert: Assertions](#SS-assertions)
21293 * [GSL.util: Utilities](#SS-utilities)
21294 * [GSL.concept: Concepts](#SS-gsl-concepts)
21296 We plan for a "ISO C++ standard style" semi-formal specification of the GSL.
21298 We rely on the ISO C++ Standard Library and hope for parts of the GSL to be absorbed into the standard library.
21300 ## <a name="SS-views"></a>GSL.view: Views
21302 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.
21304 These "views" are never owners.
21306 References are never owners (see [R.4](#Rr-ref)). Note: References have many opportunities to outlive the objects they refer to (returning a local variable by reference, holding a reference to an element of a vector and doing `push_back`, binding to `std::max(x, y + 1)`, etc). The Lifetime safety profile aims to address those things, but even so `owner<T&>` does not make sense and is discouraged.
21308 The names are mostly ISO standard-library style (lower case and underscore):
21310 * `T*`      // The `T*` is not an owner, might be null; assumed to be pointing to a single element.
21311 * `T&`      // The `T&` is not an owner and can never be a "null reference"; references are always bound to objects.
21313 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.
21314 Owners should be converted to resource handles (e.g., `unique_ptr` or `vector<T>`) or marked `owner<T*>`.
21316 * `owner<T*>`   // a `T*` that owns the object pointed/referred to; might be `nullptr`.
21318 `owner` is used to mark owning pointers in code that cannot be upgraded to use proper resource handles.
21319 Reasons for that include:
21321 * Cost of conversion.
21322 * The pointer is used with an ABI.
21323 * The pointer is part of the implementation of a resource handle.
21325 An `owner<T>` differs from a resource handle for a `T` by still requiring an explicit `delete`.
21327 An `owner<T>` is assumed to refer to an object on the free store (heap).
21329 If something is not supposed to be `nullptr`, say so:
21331 * `not_null<T>`   // `T` is usually a pointer type (e.g., `not_null<int*>` and `not_null<owner<Foo*>>`) that must not be `nullptr`.
21332   `T` can be any type for which `==nullptr` is meaningful.
21334 * `span<T>`       // `[p:p+n)`, constructor from `{p, q}` and `{p, n}`; `T` is the pointer type
21335 * `span_p<T>`     // `{p, predicate}` `[p:q)` where `q` is the first element for which `predicate(*p)` is true
21337 A `span<T>` refers to zero or more mutable `T`s unless `T` is a `const` type. All accesses to elements of the span, notably via `operator[]`, are guaranteed to be bounds-checked by default.
21339 > Note: GSL's `span` (initially called `array_view`) was proposed for inclusion in the C++ standard library, and was adopted (with changes to its name and interface) except only that `std::span` does not provide for guaranteed bounds checking. Therefore GSL changed `span`'s name and interface to track `std::span` and should be exactly the same as `std::span`, and the only difference should be that GSL `span` is fully bounds-safe by default. If bounds-safety might affect its interface, then those change proposals should be brought back via the ISO C++ committee to keep `gsl::span` interface-compatible with `std::span`. If a future evolution of `std::span` adds bounds checking, `gsl::span` can be removed.
21341 "Pointer arithmetic" is best done within `span`s.
21342 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`.
21344 * `zstring`    // a `char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `char` or `nullptr`
21345 * `czstring`   // a `const char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `const` `char` or `nullptr`
21347 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.
21348 A sequence of characters that is not assumed to be zero-terminated should be a `span<char>`, or if that is impossible because of ABI issues a `char*`, rather than a `zstring`.
21351 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?
21353 ## <a name="SS-ownership"></a>GSL.owner: Ownership pointers
21355 * `unique_ptr<T>`     // unique ownership: `std::unique_ptr<T>`
21356 * `shared_ptr<T>`     // shared ownership: `std::shared_ptr<T>` (a counted pointer)
21357 * `stack_array<T>`    // A stack-allocated array. The number of elements is determined at construction and fixed thereafter. The elements are mutable unless `T` is a `const` type.
21358 * `dyn_array<T>`      // ??? needed ??? A heap-allocated array. The number of elements is determined at construction and fixed thereafter.
21359   The elements are mutable unless `T` is a `const` type. Basically a `span` that allocates and owns its elements.
21361 ## <a name="SS-assertions"></a>GSL.assert: Assertions
21363 * `Expects`     // precondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
21364                 // `Expects(p)` terminates the program unless `p == true`
21365                 // `Expects` is under control of some options (enforcement, error message, alternatives to terminate)
21366 * `Ensures`     // postcondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
21368 These assertions are currently macros (yuck!) and must appear in function definitions (only)
21369 pending standard committee decisions on contracts and assertion syntax.
21370 See [the contract proposal](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0380r1.pdf); using the attribute syntax,
21371 for example, `Expects(p)` will become `[[expects: p]]`.
21373 ## <a name="SS-utilities"></a>GSL.util: Utilities
21375 * `finally`        // `finally(f)` makes a `final_action{f}` with a destructor that invokes `f`
21376 * `narrow_cast`    // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
21377 * `narrow`         // `narrow<T>(x)` is `static_cast<T>(x)` if `static_cast<T>(x) == x` with no signedness promotions, or it throws `narrowing_error` (e.g., `narrow<unsigned>(-42)` throws)
21378 * `[[implicit]]`   // "Marker" to put on single-argument constructors to explicitly make them non-explicit.
21379 * `move_owner`     // `p = move_owner(q)` means `p = q` but ???
21380 * `joining_thread` // a RAII style version of `std::thread` that joins.
21381 * `index`          // a type to use for all container and array indexing (currently an alias for `ptrdiff_t`)
21383 ## <a name="SS-gsl-concepts"></a>GSL.concept: Concepts
21385 These concepts (type predicates) are borrowed from
21386 Andrew Sutton's Origin library,
21387 the Range proposal,
21388 and the ISO WG21 Palo Alto TR.
21389 Many of them are very similar to what became part of the ISO C++ standard in C++20.
21391 * `String`
21392 * `Number`
21393 * `Boolean`
21394 * `Range`              // in C++20, `std::ranges::range`
21395 * `Sortable`           // in C++20, `std::sortable`
21396 * `EqualityComparable` // in C++20, `std::equality_comparable`
21397 * `Convertible`        // in C++20, `std::convertible_to`
21398 * `Common`             // in C++20, `std::common_with`
21399 * `Integral`           // in C++20, `std::integral`
21400 * `SignedIntegral`     // in C++20, `std::signed_integral`
21401 * `SemiRegular`        // in C++20, `std::semiregular`
21402 * `Regular`            // in C++20, `std::regular`
21403 * `TotallyOrdered`     // in C++20, `std::totally_ordered`
21404 * `Function`           // in C++20, `std::invocable`
21405 * `RegularFunction`    // in C++20, `std::regular_invocable`
21406 * `Predicate`          // in C++20, `std::predicate`
21407 * `Relation`           // in C++20, `std::relation`
21408 * ...
21410 ### <a name="SS-gsl-smartptrconcepts"></a>GSL.ptr: Smart pointer concepts
21412 * `Pointer`  // A type with `*`, `->`, `==`, and default construction (default construction is assumed to set the singular "null" value)
21413 * `Unique_pointer`  // A type that matches `Pointer`, is movable, and is not copyable
21414 * `Shared_pointer`   // A type that matches `Pointer`, and is copyable
21416 # <a name="S-naming"></a>NL: Naming and layout suggestions
21418 Consistent naming and layout are helpful.
21419 If for no other reason because it minimizes "my style is better than your style" arguments.
21420 However, there are many, many, different styles around and people are passionate about them (pro and con).
21421 Also, most real-world projects include code from many sources, so standardizing on a single style for all code is often impossible.
21422 After many requests for guidance from users, we present a set of rules that you might use if you have no better ideas, but the real aim is consistency, rather than any particular rule set.
21423 IDEs and tools can help (as well as hinder).
21425 Naming and layout rules:
21427 * [NL.1: Don't say in comments what can be clearly stated in code](#Rl-comments)
21428 * [NL.2: State intent in comments](#Rl-comments-intent)
21429 * [NL.3: Keep comments crisp](#Rl-comments-crisp)
21430 * [NL.4: Maintain a consistent indentation style](#Rl-indent)
21431 * [NL.5: Avoid encoding type information in names](#Rl-name-type)
21432 * [NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope](#Rl-name-length)
21433 * [NL.8: Use a consistent naming style](#Rl-name)
21434 * [NL.9: Use `ALL_CAPS` for macro names only](#Rl-all-caps)
21435 * [NL.10: Prefer `underscore_style` names](#Rl-camel)
21436 * [NL.11: Make literals readable](#Rl-literals)
21437 * [NL.15: Use spaces sparingly](#Rl-space)
21438 * [NL.16: Use a conventional class member declaration order](#Rl-order)
21439 * [NL.17: Use K&R-derived layout](#Rl-knr)
21440 * [NL.18: Use C++-style declarator layout](#Rl-ptr)
21441 * [NL.19: Avoid names that are easily misread](#Rl-misread)
21442 * [NL.20: Don't place two statements on the same line](#Rl-stmt)
21443 * [NL.21: Declare one name (only) per declaration](#Rl-dcl)
21444 * [NL.25: Don't use `void` as an argument type](#Rl-void)
21445 * [NL.26: Use conventional `const` notation](#Rl-const)
21446 * [NL.27: Use a `.cpp` suffix for code files and `.h` for interface files](#Rl-file-suffix)
21448 Most of these rules are aesthetic and programmers hold strong opinions.
21449 IDEs also tend to have defaults and a range of alternatives.
21450 These rules are suggested defaults to follow unless you have reasons not to.
21452 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.
21453 We are not "legislating" (see the previous paragraph).
21454 However, we have had many requests for a set of naming and layout conventions to use when there are no external constraints.
21456 More specific and detailed rules are easier to enforce.
21458 These rules bear a strong resemblance to the recommendations in the [PPP Style Guide](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf)
21459 written in support of Stroustrup's [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html).
21461 ### <a name="Rl-comments"></a>NL.1: Don't say in comments what can be clearly stated in code
21463 ##### Reason
21465 Compilers do not read comments.
21466 Comments are less precise than code.
21467 Comments are not updated as consistently as code.
21469 ##### Example, bad
21471     auto x = m * v1 + vv;   // multiply m with v1 and add the result to vv
21473 ##### Enforcement
21475 Build an AI program that interprets colloquial English text and see if what is said could be better expressed in C++.
21477 ### <a name="Rl-comments-intent"></a>NL.2: State intent in comments
21479 ##### Reason
21481 Code says what is done, not what is supposed to be done. Often intent can be stated more clearly and concisely than the implementation.
21483 ##### Example
21485     void stable_sort(Sortable& c)
21486         // sort c in the order determined by <, keep equal elements (as defined by ==) in
21487         // their original relative order
21488     {
21489         // ... quite a few lines of non-trivial code ...
21490     }
21492 ##### Note
21494 If the comment and the code disagree, both are likely to be wrong.
21496 ### <a name="Rl-comments-crisp"></a>NL.3: Keep comments crisp
21498 ##### Reason
21500 Verbosity slows down understanding and makes the code harder to read by spreading it around in the source file.
21502 ##### Note
21504 Use intelligible English.
21505 I might be fluent in Danish, but most programmers are not; the maintainers of my code might not be.
21506 Avoid SMS lingo and watch your grammar, punctuation, and capitalization.
21507 Aim for professionalism, not "cool."
21509 ##### Enforcement
21511 not possible.
21513 ### <a name="Rl-indent"></a>NL.4: Maintain a consistent indentation style
21515 ##### Reason
21517 Readability. Avoidance of "silly mistakes."
21519 ##### Example, bad
21521     int i;
21522     for (i = 0; i < max; ++i); // bug waiting to happen
21523     if (i == j)
21524         return i;
21526 ##### Note
21528 Always indenting the statement after `if (...)`, `for (...)`, and `while (...)` is usually a good idea:
21530     if (i < 0) error("negative argument");
21532     if (i < 0)
21533         error("negative argument");
21535 ##### Enforcement
21537 Use a tool.
21539 ### <a name="Rl-name-type"></a>NL.5: Avoid encoding type information in names
21541 ##### Rationale
21543 If names reflect types rather than functionality, it becomes hard to change the types used to provide that functionality.
21544 Also, if the type of a variable is changed, code using it will have to be modified.
21545 Minimize unintentional conversions.
21547 ##### Example, bad
21549     void print_int(int i);
21550     void print_string(const char*);
21552     print_int(1);          // repetitive, manual type matching
21553     print_string("xyzzy"); // repetitive, manual type matching
21555 ##### Example, good
21557     void print(int i);
21558     void print(string_view);    // also works on any string-like sequence
21560     print(1);              // clear, automatic type matching
21561     print("xyzzy");        // clear, automatic type matching
21563 ##### Note
21565 Names with types encoded are either verbose or cryptic.
21567     printS  // print a std::string
21568     prints  // print a C-style string
21569     printi  // print an int
21571 Requiring techniques like Hungarian notation to encode a type has been used in untyped languages, but is generally unnecessary and actively harmful in a strongly statically-typed language like C++, because the annotations get out of date (the warts are just like comments and rot just like them) and they interfere with good use of the language (use the same name and overload resolution instead).
21573 ##### Note
21575 Some styles use very general (not type-specific) prefixes to denote the general use of a variable.
21577     auto p = new User();
21578     auto p = make_unique<User>();
21579     // note: "p" is not being used to say "raw pointer to type User,"
21580     //       just generally to say "this is an indirection"
21582     auto cntHits = calc_total_of_hits(/*...*/);
21583     // note: "cnt" is not being used to encode a type,
21584     //       just generally to say "this is a count of something"
21586 This is not harmful and does not fall under this guideline because it does not encode type information.
21588 ##### Note
21590 Some styles distinguish members from local variable, and/or from global variable.
21592     struct S {
21593         int m_;
21594         S(int m) : m_{abs(m)} { }
21595     };
21597 This is not harmful and does not fall under this guideline because it does not encode type information.
21599 ##### Note
21601 Like C++, some styles distinguish types from non-types.
21602 For example, by capitalizing type names, but not the names of functions and variables.
21604     typename<typename T>
21605     class HashTable {   // maps string to T
21606         // ...
21607     };
21609     HashTable<int> index;
21611 This is not harmful and does not fall under this guideline because it does not encode type information.
21613 ### <a name="Rl-name-length"></a>NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope
21615 **Rationale**: The larger the scope the greater the chance of confusion and of an unintended name clash.
21617 ##### Example
21619     double sqrt(double x);   // return the square root of x; x must be non-negative
21621     int length(const char* p);  // return the number of characters in a zero-terminated C-style string
21623     int length_of_string(const char zero_terminated_array_of_char[])    // bad: verbose
21625     int g;      // bad: global variable with a cryptic name
21627     int open;   // bad: global variable with a short, popular name
21629 The use of `p` for pointer and `x` for a floating-point variable is conventional and non-confusing in a restricted scope.
21631 ##### Enforcement
21635 ### <a name="Rl-name"></a>NL.8: Use a consistent naming style
21637 **Rationale**: Consistency in naming and naming style increases readability.
21639 ##### Note
21641 There are many styles and when you use multiple libraries, you can't follow all their different conventions.
21642 Choose a "house style", but leave "imported" libraries with their original style.
21644 ##### Example
21646 ISO Standard, use lower case only and digits, separate words with underscores:
21648 * `int`
21649 * `vector`
21650 * `my_map`
21652 Avoid identifier names that contain double underscores `__` or that start with an underscore followed by a capital letter (e.g., `_Throws`).
21653 Such identifiers are reserved for the C++ implementation.
21655 ##### Example
21657 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
21658 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
21660 * `int`
21661 * `vector`
21662 * `My_map`
21664 ##### Example
21666 CamelCase: capitalize each word in a multi-word identifier:
21668 * `int`
21669 * `vector`
21670 * `MyMap`
21671 * `myMap`
21673 Some conventions capitalize the first letter, some don't.
21675 ##### Note
21677 Try to be consistent in your use of acronyms and lengths of identifiers:
21679     int mtbf {12};
21680     int mean_time_between_failures {12}; // make up your mind
21682 ##### Enforcement
21684 Would be possible except for the use of libraries with varying conventions.
21686 ### <a name="Rl-all-caps"></a>NL.9: Use `ALL_CAPS` for macro names only
21688 ##### Reason
21690 To avoid confusing macros with names that obey scope and type rules.
21692 ##### Example
21694     void f()
21695     {
21696         const int SIZE{1000};  // Bad, use 'size' instead
21697         int v[SIZE];
21698     }
21700 ##### Note
21702 In particular, this avoids confusing macros with non-macro symbolic constants (see also [Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators](#Renum-caps))
21704     enum bad { BAD, WORSE, HORRIBLE }; // BAD
21706 ##### Enforcement
21708 * Flag macros with lower-case letters
21709 * Flag `ALL_CAPS` non-macro names
21711 ### <a name="Rl-camel"></a>NL.10: Prefer `underscore_style` names
21713 ##### Reason
21715 The use of underscores to separate parts of a name is the original C and C++ style and used in the C++ Standard Library.
21717 ##### Note
21719 This rule is a default to use only if you have a choice.
21720 Often, you don't have a choice and must follow an established style for [consistency](#Rl-name).
21721 The need for consistency beats personal taste.
21723 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21724 This rule was added after many requests for guidance.
21726 ##### Example
21728 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
21729 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
21731 * `int`
21732 * `vector`
21733 * `My_map`
21735 ##### Enforcement
21737 Impossible.
21739 ### <a name="Rl-literals"></a>NL.11: Make literals readable
21741 ##### Reason
21743 Readability.
21745 ##### Example
21747 Use digit separators to avoid long strings of digits
21749     auto c = 299'792'458; // m/s2
21750     auto q2 = 0b0000'1111'0000'0000;
21751     auto ss_number = 123'456'7890;
21753 ##### Example
21755 Use literal suffixes where clarification is needed
21757     auto hello = "Hello!"s; // a std::string
21758     auto world = "world";   // a C-style string
21759     auto interval = 100ms;  // using <chrono>
21761 ##### Note
21763 Literals should not be sprinkled all over the code as ["magic constants"](#Res-magic),
21764 but it is still a good idea to make them readable where they are defined.
21765 It is easy to make a typo in a long string of integers.
21767 ##### Enforcement
21769 Flag long digit sequences. The trouble is to define "long"; maybe 7.
21771 ### <a name="Rl-space"></a>NL.15: Use spaces sparingly
21773 ##### Reason
21775 Too much space makes the text larger and distracts.
21777 ##### Example, bad
21779     #include < map >
21781     int main(int argc, char * argv [ ])
21782     {
21783         // ...
21784     }
21786 ##### Example
21788     #include <map>
21790     int main(int argc, char* argv[])
21791     {
21792         // ...
21793     }
21795 ##### Note
21797 Some IDEs have their own opinions and add distracting space.
21799 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21800 This rule was added after many requests for guidance.
21802 ##### Note
21804 We value well-placed whitespace as a significant help for readability. Just don't overdo it.
21806 ### <a name="Rl-order"></a>NL.16: Use a conventional class member declaration order
21808 ##### Reason
21810 A conventional order of members improves readability.
21812 When declaring a class use the following order
21814 * types: classes, enums, and aliases (`using`)
21815 * constructors, assignments, destructor
21816 * functions
21817 * data
21819 Use the `public` before `protected` before `private` order.
21821 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21822 This rule was added after many requests for guidance.
21824 ##### Example
21826     class X {
21827     public:
21828         // interface
21829     protected:
21830         // unchecked function for use by derived class implementations
21831     private:
21832         // implementation details
21833     };
21835 ##### Example
21837 Sometimes, the default order of members conflicts with a desire to separate the public interface from implementation details.
21838 In such cases, private types and functions can be placed with private data.
21840     class X {
21841     public:
21842         // interface
21843     protected:
21844         // unchecked function for use by derived class implementations
21845     private:
21846         // implementation details (types, functions, and data)
21847     };
21849 ##### Example, bad
21851 Avoid multiple blocks of declarations of one access (e.g., `public`) dispersed among blocks of declarations with different access (e.g. `private`).
21853     class X {   // bad
21854     public:
21855         void f();
21856     public:
21857         int g();
21858         // ...
21859     };
21861 The use of macros to declare groups of members often leads to violation of any ordering rules.
21862 However, using macros obscures what is being expressed anyway.
21864 ##### Enforcement
21866 Flag departures from the suggested order. There will be a lot of old code that doesn't follow this rule.
21868 ### <a name="Rl-knr"></a>NL.17: Use K&R-derived layout
21870 ##### Reason
21872 This is the original C and C++ layout. It preserves vertical space well. It distinguishes different language constructs (such as functions and classes) well.
21874 ##### Note
21876 In the context of C++, this style is often called "Stroustrup".
21878 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21879 This rule was added after many requests for guidance.
21881 ##### Example
21883     struct Cable {
21884         int x;
21885         // ...
21886     };
21888     double foo(int x)
21889     {
21890         if (0 < x) {
21891             // ...
21892         }
21894         switch (x) {
21895         case 0:
21896             // ...
21897             break;
21898         case amazing:
21899             // ...
21900             break;
21901         default:
21902             // ...
21903             break;
21904         }
21906         if (0 < x)
21907             ++x;
21909         if (x < 0)
21910             something();
21911         else
21912             something_else();
21914         return some_value;
21915     }
21917 Note the space between `if` and `(`
21919 ##### Note
21921 Use separate lines for each statement, the branches of an `if`, and the body of a `for`.
21923 ##### Note
21925 The `{` for a `class` and a `struct` is *not* on a separate line, but the `{` for a function is.
21927 ##### Note
21929 Capitalize the names of your user-defined types to distinguish them from standards-library types.
21931 ##### Note
21933 Do not capitalize function names.
21935 ##### Enforcement
21937 If you want enforcement, use an IDE to reformat.
21939 ### <a name="Rl-ptr"></a>NL.18: Use C++-style declarator layout
21941 ##### Reason
21943 The C-style layout emphasizes use in expressions and grammar, whereas the C++-style emphasizes types.
21944 The use in expressions argument doesn't hold for references.
21946 ##### Example
21948     T& operator[](size_t);   // OK
21949     T &operator[](size_t);   // just strange
21950     T & operator[](size_t);   // undecided
21952 ##### Note
21954 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21955 This rule was added after many requests for guidance.
21957 ##### Enforcement
21959 Impossible in the face of history.
21962 ### <a name="Rl-misread"></a>NL.19: Avoid names that are easily misread
21964 ##### Reason
21966 Readability.
21967 Not everyone has screens and printers that make it easy to distinguish all characters.
21968 We easily confuse similarly spelled and slightly misspelled words.
21970 ##### Example
21972     int oO01lL = 6; // bad
21974     int splunk = 7;
21975     int splonk = 8; // bad: splunk and splonk are easily confused
21977 ##### Enforcement
21981 ### <a name="Rl-stmt"></a>NL.20: Don't place two statements on the same line
21983 ##### Reason
21985 Readability.
21986 It is really easy to overlook a statement when there is more on a line.
21988 ##### Example
21990     int x = 7; char* p = 29;    // don't
21991     int x = 7; f(x);  ++x;      // don't
21993 ##### Enforcement
21995 Easy.
21997 ### <a name="Rl-dcl"></a>NL.21: Declare one name (only) per declaration
21999 ##### Reason
22001 Readability.
22002 Minimizing confusion with the declarator syntax.
22004 ##### Note
22006 For details, see [ES.10](#Res-name-one).
22009 ### <a name="Rl-void"></a>NL.25: Don't use `void` as an argument type
22011 ##### Reason
22013 It's verbose and only needed where C compatibility matters.
22015 ##### Example
22017     void f(void);   // bad
22019     void g();       // better
22021 ##### Note
22023 Even Dennis Ritchie deemed `void f(void)` an abomination.
22024 You can make an argument for that abomination in C when function prototypes were rare so that banning:
22026     int f();
22027     f(1, 2, "weird but valid C89");   // hope that f() is defined int f(a, b, c) char* c; { /* ... */ }
22029 would have caused major problems, but not in the 21st century and in C++.
22031 ### <a name="Rl-const"></a>NL.26: Use conventional `const` notation
22033 ##### Reason
22035 Conventional notation is more familiar to more programmers.
22036 Consistency in large code bases.
22038 ##### Example
22040     const int x = 7;    // OK
22041     int const y = 9;    // bad
22043     const int *const p = nullptr;   // OK, constant pointer to constant int
22044     int const *const p = nullptr;   // bad, constant pointer to constant int
22046 ##### Note
22048 We are well aware that you could claim the "bad" examples are more logical than the ones marked "OK",
22049 but they also confuse more people, especially novices relying on teaching material using the far more common, conventional OK style.
22051 As ever, remember that the aim of these naming and layout rules is consistency and that aesthetics vary immensely.
22053 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
22054 This rule was added after many requests for guidance.
22056 ##### Enforcement
22058 Flag `const` used as a suffix for a type.
22060 ### <a name="Rl-file-suffix"></a>NL.27: Use a `.cpp` suffix for code files and `.h` for interface files
22062 ##### Reason
22064 It's a longstanding convention.
22065 But consistency is more important, so if your project uses something else, follow that.
22067 ##### Note
22069 This convention reflects a common use pattern:
22070 Headers are more often shared with C to compile as both C++ and C, which typically uses `.h`,
22071 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.
22072 On the other hand, implementation files are rarely shared with C and so should typically be distinguished from `.c` files,
22073 so it's normally best to name all C++ implementation files something else (such as `.cpp`).
22075 The specific names `.h` and `.cpp` are not required (just recommended as a default) and other names are in widespread use.
22076 Examples are `.hh`, `.C`, and `.cxx`. Use such names equivalently.
22077 In this document, we refer to `.h` and `.cpp` as a shorthand for header and implementation files,
22078 even though the actual extension might be different.
22080 Your IDE (if you use one) might have strong opinions about suffixes.
22082 ##### Example
22084     // foo.h:
22085     extern int a;   // a declaration
22086     extern void foo();
22088     // foo.cpp:
22089     int a;   // a definition
22090     void foo() { ++a; }
22092 `foo.h` provides the interface to `foo.cpp`. Global variables are best avoided.
22094 ##### Example, bad
22096     // foo.h:
22097     int a;   // a definition
22098     void foo() { ++a; }
22100 `#include <foo.h>` twice in a program and you get a linker error for two one-definition-rule violations.
22102 ##### Enforcement
22104 * Flag non-conventional file names.
22105 * Check that `.h` and `.cpp` (and equivalents) follow the rules below.
22107 # <a name="S-faq"></a>FAQ: Answers to frequently asked questions
22109 This section covers answers to frequently asked questions about these guidelines.
22111 ### <a name="Faq-aims"></a>FAQ.1: What do these guidelines aim to achieve?
22113 See the <a href="#S-abstract">top of this page</a>. This is an open-source project to maintain modern authoritative guidelines for writing C++ code using the current C++ Standard. The guidelines are designed to be modern, machine-enforceable wherever possible, and open to contributions and forking so that organizations can easily incorporate them into their own corporate coding guidelines.
22115 ### <a name="Faq-announced"></a>FAQ.2: When and where was this work first announced?
22117 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).
22119 ### <a name="Faq-maintainers"></a>FAQ.3: Who are the authors and maintainers of these guidelines?
22121 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!"
22123 ### <a name="Faq-contribute"></a>FAQ.4: How can I contribute?
22125 See [CONTRIBUTING.md](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/CONTRIBUTING.md). We appreciate volunteer help!
22127 ### <a name="Faq-maintainer"></a>FAQ.5: How can I become an editor/maintainer?
22129 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!
22131 ### <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?
22133 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.
22135 ### <a name="Faq-isocpp"></a>FAQ.7: If these guidelines are not approved by the committee, why are they under `github.com/isocpp`?
22137 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.
22139 ### <a name="Faq-cpp98"></a>FAQ.8: Will there be a C++98 version of these Guidelines? a C++11 version?
22141 No. These guidelines are about how to best use modern standard C++ and write code assuming you have a modern conforming compiler.
22143 ### <a name="Faq-language-extensions"></a>FAQ.9: Do these guidelines propose new language features?
22145 No. These guidelines are about how to best use modern Standard C++, and they limit themselves to recommending only those features.
22147 ### <a name="Faq-markdown"></a>FAQ.10: What version of Markdown do these guidelines use?
22149 These coding standards are written using [CommonMark](http://commonmark.org), and `<a>` HTML anchors.
22151 We are considering the following extensions from [GitHub Flavored Markdown (GFM)](https://help.github.com/articles/github-flavored-markdown/):
22153 * fenced code blocks (consistently using indented vs. fenced is under discussion)
22154 * tables (none yet but we'll likely need them, and this is a GFM extension)
22156 Avoid other HTML tags and other extensions.
22158 Note: We are not yet consistent with this style.
22160 ### <a name="Faq-gsl"></a>FAQ.50: What is the GSL (guidelines support library)?
22162 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.
22164 ### <a name="Faq-msgsl"></a>FAQ.51: Is [github.com/Microsoft/GSL](https://github.com/Microsoft/GSL) the GSL?
22166 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.
22168 ### <a name="Faq-gsl-implementation"></a>FAQ.52: Why not supply an actual GSL implementation in/with these guidelines?
22170 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.
22172 ### <a name="Faq-boost"></a>FAQ.53: Why weren't the GSL types proposed through Boost?
22174 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.
22176 ### <a name="Faq-gsl-iso"></a>FAQ.54: Has the GSL (guidelines support library) been approved by the ISO C++ standards committee?
22178 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.
22180 ### <a name="Faq-gsl-string-view"></a>FAQ.55: If you're using the standard types where available, why is the GSL `span<char>` different from the `string_view` in the Library Fundamentals 1 Technical Specification and C++17 Working Paper? Why not just use the committee-approved `string_view`?
22182 The consensus on the taxonomy of views for the C++ Standard Library was that "view" means "read-only", and "span" means "read/write". If you only need a read-only view of characters that does not need guaranteed bounds-checking and you have C++17, use C++17 `std::string_view`. Otherwise, if you need a read-write view that does not need guaranteed bounds-checking and you have C++20, use C++20 `std::span<char>`. Otherwise, use `gsl::span<char>`.
22184 ### <a name="Faq-gsl-owner"></a>FAQ.56: Is `owner` the same as the proposed `observer_ptr`?
22186 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.
22188 ### <a name="Faq-gsl-stack-array"></a>FAQ.57: Is `stack_array` the same as the standard `array`?
22190 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.
22192 ### <a name="Faq-gsl-dyn-array"></a>FAQ.58: Is `dyn_array` the same as `vector` or the proposed `dynarray`?
22194 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.
22196 ### <a name="Faq-gsl-expects"></a>FAQ.59: Is `Expects` the same as `assert`?
22198 No. It is a placeholder for language support for contract preconditions.
22200 ### <a name="Faq-gsl-ensures"></a>FAQ.60: Is `Ensures` the same as `assert`?
22202 No. It is a placeholder for language support for contract postconditions.
22204 # <a name="S-libraries"></a>Appendix A: Libraries
22206 This section lists recommended libraries, and explicitly recommends a few.
22208 ??? Suitable for the general guide? I think not ???
22210 # <a name="S-modernizing"></a>Appendix B: Modernizing code
22212 Ideally, we follow all rules in all code.
22213 Realistically, we have to deal with a lot of old code:
22215 * application code written before the guidelines were formulated or known
22216 * libraries written to older/different standards
22217 * code written under "unusual" constraints
22218 * code that we just haven't gotten around to modernizing
22220 If we have a million lines of new code, the idea of "just changing it all at once" is typically unrealistic.
22221 Thus, we need a way of gradually modernizing a code base.
22223 Upgrading older code to modern style can be a daunting task.
22224 Often, the old code is both a mess (hard to understand) and working correctly (for the current range of uses).
22225 Typically, the original programmer is not around and the test cases incomplete.
22226 The fact that the code is a mess dramatically increases the effort needed to make any change and the risk of introducing errors.
22227 Often, messy old code runs unnecessarily slowly because it requires outdated compilers and cannot take advantage of modern hardware.
22228 In many cases, automated "modernizer"-style tool support would be required for major upgrade efforts.
22230 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.
22231 Making code "look pretty" or "follow modern style" are not by themselves reasons for change.
22232 There are risks implied by every change and costs (including the cost of lost opportunities) implied by having an outdated code base.
22233 The cost reductions must outweigh the risks.
22235 But how?
22237 There is no one approach to modernizing code.
22238 How best to do it depends on the code, the pressure for updates, the backgrounds of the developers, and the available tool.
22239 Here are some (very general) ideas:
22241 * The ideal is "just upgrade everything." That gives the most benefits for the shortest total time.
22242   In most circumstances, it is also impossible.
22243 * 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.
22244 * 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.
22245 * We could start by focusing on the interfaces, e.g., make sure that no resources are lost and no pointer is misused.
22246   This would be a set of changes across the whole code base, but would most likely have huge benefits.
22247   Afterwards, code hidden behind those interfaces can be gradually modernized without affecting other code.
22249 Whichever way you choose, please note that the most advantages come with the highest conformance to the guidelines.
22250 The guidelines are not a random set of unrelated rules where you can randomly pick and choose with an expectation of success.
22252 We would dearly love to hear about experience and about tools used.
22253 Modernization can be much faster, simpler, and safer when supported with analysis tools and even code transformation tools.
22255 # <a name="S-discussion"></a>Appendix C: Discussion
22257 This section contains follow-up material on rules and sets of rules.
22258 In particular, here we present further rationale, longer examples, and discussions of alternatives.
22260 ### <a name="Sd-order"></a>Discussion: Define and initialize data members in the order of member declaration
22262 Data members are always initialized in the order they are declared in the class definition, so write them in that order in the constructor initialization list. Writing them in a different order just makes the code confusing because it won't run in the order you see, and that can make it hard to see order-dependent bugs.
22264     class Employee {
22265         string email, first, last;
22266     public:
22267         Employee(const char* firstName, const char* lastName);
22268         // ...
22269     };
22271     Employee::Employee(const char* firstName, const char* lastName)
22272       : first(firstName),
22273         last(lastName),
22274         // BAD: first and last not yet constructed
22275         email(first + "." + last + "@acme.com")
22276     {}
22278 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.
22280 If the class definition and the constructor body are in separate files, the long-distance influence that the order of data member declarations has over the constructor's correctness will be even harder to spot.
22282 **References**:
22284 [\[Cline99\]](#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
22286 ### <a name="Sd-init"></a>Discussion: Use of `=`, `{}`, and `()` as initializers
22290 ### <a name="Sd-factory"></a>Discussion: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
22292 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:
22294 * *Pass the buck:* Just document that user code must call the post-initialization function right after constructing an object.
22295 * *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.
22296 * *Use virtual base class semantics:* Language rules dictate that the constructor of the most-derived class decides which base constructor will be invoked; you can use that to your advantage. (See [\[Taligent94\]](#Taligent94).)
22297 * *Use a factory function:* This way, you can easily force a mandatory invocation of a post-constructor function.
22299 Here is an example of the last option:
22301     class B {
22302     public:
22303         B()
22304         {
22305             /* ... */
22306             f(); // BAD: C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
22307             /* ... */
22308         }
22310         virtual void f() = 0;
22311     };
22313     class B {
22314     protected:
22315         class Token {};
22317     public:
22318         // constructor needs to be public so that make_shared can access it.
22319         // protected access level is gained by requiring a Token.
22320         explicit B(Token) { /* ... */ }  // create an imperfectly initialized object
22321         virtual void f() = 0;
22323         template<class T>
22324         static shared_ptr<T> create()    // interface for creating shared objects
22325         {
22326             auto p = make_shared<T>(typename T::Token{});
22327             p->post_initialize();
22328             return p;
22329         }
22331     protected:
22332         virtual void post_initialize()   // called right after construction
22333             { /* ... */ f(); /* ... */ } // GOOD: virtual dispatch is safe
22334         }
22335     };
22338     class D : public B {                 // some derived class
22339     protected:
22340         class Token {};
22342     public:
22343         // constructor needs to be public so that make_shared can access it.
22344         // protected access level is gained by requiring a Token.
22345         explicit D(Token) : B{ B::Token{} } {}
22346         void f() override { /* ...  */ };
22348     protected:
22349         template<class T>
22350         friend shared_ptr<T> B::create();
22351     };
22353     shared_ptr<D> p = D::create<D>();    // creating a D object
22355 This design requires the following discipline:
22357 * Derived classes such as `D` must not expose a publicly callable constructor. Otherwise, `D`'s users could create `D` objects that don't invoke `post_initialize`.
22358 * Allocation is limited to `operator new`. `B` can, however, override `new` (see Items 45 and 46 in [SuttAlex05](#SuttAlex05)).
22359 * `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.
22361 If the requirements above are met, the design guarantees that `post_initialize` has been called for any fully constructed `B`-derived object. `post_initialize` doesn't need to be virtual; it can, however, invoke virtual functions freely.
22363 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).
22365 **References**: [\[Alexandrescu01\]](#Alexandrescu01) §3, [\[Boost\]](#Boost), [\[Dewhurst03\]](#Dewhurst03) §75, [\[Meyers97\]](#Meyers97) §46, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §15.4.3, [\[Taligent94\]](#Taligent94)
22367 ### <a name="Sd-dtor"></a>Discussion: Make base class destructors public and virtual, or protected and non-virtual
22369 Should destruction behave virtually? That is, should destruction through a pointer to a `base` class be allowed? If yes, then `base`'s destructor must be public in order to be callable, and virtual otherwise calling it results in undefined behavior. Otherwise, it should be protected so that only derived classes can invoke it in their own destructors, and non-virtual since it doesn't need to behave virtually.
22371 ##### Example
22373 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>`:
22375     class Base {
22376     public:
22377         ~Base();                   // BAD, not virtual
22378         virtual ~Base();           // GOOD
22379         // ...
22380     };
22382     class Derived : public Base { /* ... */ };
22384     {
22385         unique_ptr<Base> pb = make_unique<Derived>();
22386         // ...
22387     } // ~pb invokes correct destructor only when ~Base is virtual
22389 In rarer cases, such as policy classes, the class is used as a base class for convenience, not for polymorphic behavior. It is recommended to make those destructors protected and non-virtual:
22391     class My_policy {
22392     public:
22393         virtual ~My_policy();      // BAD, public and virtual
22394     protected:
22395         ~My_policy();              // GOOD
22396         // ...
22397     };
22399     template<class Policy>
22400     class customizable : Policy { /* ... */ }; // note: private inheritance
22402 ##### Note
22404 This simple guideline illustrates a subtle issue and reflects modern uses of inheritance and object-oriented design principles.
22406 For a base class `Base`, calling code might try to destroy derived objects through pointers to `Base`, such as when using a `unique_ptr<Base>`. If `Base`'s destructor is public and non-virtual (the default), it can be accidentally called on a pointer that actually points to a derived object, in which case the behavior of the attempted deletion is undefined. This state of affairs has led older coding standards to impose a blanket requirement that all base class destructors must be virtual. This is overkill (even if it is the common case); instead, the rule should be to make base class destructors virtual if and only if they are public.
22408 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:
22410 * Whether it should behave virtually or not.
22411 * Whether it should be publicly available to all callers using a pointer to `Base` or else be a hidden internal implementation detail.
22413 As described in Item 39, for a normal member function, the choice is between allowing it to be called via a pointer to `Base` non-virtually (but possibly with virtual behavior if it invokes virtual functions, such as in the NVI or Template Method patterns), virtually, or not at all. The NVI pattern is a technique to avoid public virtual functions.
22415 Destruction can be viewed as just another operation, albeit with special semantics that make non-virtual calls dangerous or wrong. For a base class destructor, therefore, the choice is between allowing it to be called via a pointer to `Base` virtually or not at all; "non-virtually" is not an option. Hence, a base class destructor is virtual if it can be called (i.e., is public), and non-virtual otherwise.
22417 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.)
22419 Corollary: When writing a base class, always write a destructor explicitly, because the implicitly generated one is public and non-virtual. You can always `=default` the implementation if the default body is fine and you're just writing the function to give it the proper visibility and virtuality.
22421 ##### Exception
22423 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.
22425 Consider also this rare case:
22427 * `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.
22428 * 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.
22430 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.
22432 In this rare case, you could make the destructor public and non-virtual but clearly document that further-derived objects must not be used polymorphically as `B`'s. This is what was done with `std::unary_function`.
22434 In general, however, avoid concrete base classes (see Item 35). For example, `unary_function` is a bundle-of-typedefs that was never intended to be instantiated standalone. It really makes no sense to give it a public destructor; a better design would be to follow this Item's advice and give it a protected non-virtual destructor.
22436 **References**: [\[SuttAlex05\]](#SuttAlex05) Item 50, [\[Cargill92\]](#Cargill92) pp. 77-79, 207, [\[Cline99\]](#Cline99) §21.06, 21.12-13, [\[Henricson97\]](#Henricson97) pp. 110-114, [\[Koenig97\]](#Koenig97) Chapters 4, 11, [\[Meyers97\]](#Meyers97) §14, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §12.4.2, [\[Sutter02\]](#Sutter02) §27, [\[Sutter04\]](#Sutter04) §18
22438 ### <a name="Sd-noexcept"></a>Discussion: Usage of noexcept
22442 ### <a name="Sd-never-fail"></a>Discussion: Destructors, deallocation, and swap must never fail
22444 Never allow an error to be reported from a destructor, a resource deallocation function (e.g., `operator delete`), or a `swap` function using `throw`. It is nearly impossible to write useful code if these operations can fail, and even if something does go wrong it nearly never makes any sense to retry. Specifically, types whose destructors might throw an exception are flatly forbidden from use with the C++ Standard Library. Most destructors are now implicitly `noexcept` by default.
22446 ##### Example
22448     class Nefarious {
22449     public:
22450         Nefarious() { /* code that could throw */ }    // ok
22451         ~Nefarious() { /* code that could throw */ }   // BAD, should not throw
22452         // ...
22453     };
22455 1. `Nefarious` objects are hard to use safely even as local variables:
22458         void test(string& s)
22459         {
22460             Nefarious n;          // trouble brewing
22461             string copy = s;      // copy the string
22462         } // destroy copy and then n
22464     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.
22466 2. Classes with `Nefarious` members or bases are also hard to use safely, because their destructors must invoke `Nefarious`' destructor, and are similarly poisoned by its bad behavior:
22469         class Innocent_bystander {
22470             Nefarious member;     // oops, poisons the enclosing class's destructor
22471             // ...
22472         };
22474         void test(string& s)
22475         {
22476             Innocent_bystander i;  // more trouble brewing
22477             string copy2 = s;      // copy the string
22478         } // destroy copy and then i
22480     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`.
22482 3. You can't reliably create global or static `Nefarious` objects either:
22485         static Nefarious n;       // oops, any destructor exception can't be caught
22487 4. You can't reliably create arrays of `Nefarious`:
22490         void test()
22491         {
22492             std::array<Nefarious, 10> arr; // this line can std::terminate()
22493         }
22495     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.
22497 5. You can't use `Nefarious` objects in standard containers:
22500         std::vector<Nefarious> vec(10);   // this line can std::terminate()
22502     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.
22504 ##### Note
22506 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.
22508 Consider the following advice and requirements found in the C++ Standard:
22510 > If a destructor called during stack unwinding exits with an exception, terminate is called (15.5.1). So destructors should generally catch exceptions and not let them propagate out of the destructor. --[\[C++03\]](#Cplusplus03) §15.2(3)
22512 > No destructor operation defined in the C++ Standard Library (including the destructor of any type that is used to instantiate a standard-library template) will throw an exception. --[\[C++03\]](#Cplusplus03) §17.4.4.8(3)
22514 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.
22515 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`:
22517     T& T::operator=(const T& other)
22518     {
22519         auto temp = other;
22520         swap(temp);
22521         return *this;
22522     }
22524 (See also Item 56. ???)
22526 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).
22528 When using exceptions as your error handling mechanism, always document this behavior by declaring these functions `noexcept`. (See Item 75.)
22530 **References**: [\[SuttAlex05\]](#SuttAlex05) Item 51; [\[C++03\]](#Cplusplus03) §15.2(3), §17.4.4.8(3), [\[Meyers96\]](#Meyers96) §11, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §14.4.7, §E.2-4, [\[Sutter00\]](#Sutter00) §8, §16, [\[Sutter02\]](#Sutter02) §18-19
22532 ## <a name="Sd-consistent"></a>Define Copy, move, and destroy consistently
22534 ##### Reason
22536  ???
22538 ##### Note
22540 If you define a copy constructor, you must also define a copy assignment operator.
22542 ##### Note
22544 If you define a move constructor, you must also define a move assignment operator.
22546 ##### Example
22548     class X {
22549     public:
22550         X(const X&) { /* stuff */ }
22552         // BAD: failed to also define a copy assignment operator
22554         X(x&&) noexcept { /* stuff */ }
22556         // BAD: failed to also define a move assignment operator
22558         // ...
22559     };
22561     X x1;
22562     X x2 = x1; // ok
22563     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
22565 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.
22567     class X {
22568         HANDLE hnd;
22569         // ...
22570     public:
22571         ~X() { /* custom stuff, such as closing hnd */ }
22572         // suspicious: no mention of copying or moving -- what happens to hnd?
22573     };
22575     X x1;
22576     X x2 = x1; // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
22577     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
22579 If you define copying, and any base or member has a type that defines a move operation, you should also define a move operation.
22581     class X {
22582         string s; // defines more efficient move operations
22583         // ... other data members ...
22584     public:
22585         X(const X&) { /* stuff */ }
22586         X& operator=(const X&) { /* stuff */ }
22588         // BAD: failed to also define a move construction and move assignment
22589         // (why wasn't the custom "stuff" repeated here?)
22590     };
22592     X test()
22593     {
22594         X local;
22595         // ...
22596         return local;  // pitfall: will be inefficient and/or do the wrong thing
22597     }
22599 If you define any of the copy constructor, copy assignment operator, or destructor, you probably should define the others.
22601 ##### Note
22603 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:
22605 * 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.)
22606 * 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.
22607 * If you explicitly write the destructor, you probably need to explicitly write or disable copying: If you have to write a non-trivial destructor, it's often because you need to manually release a resource that the object held. If so, it is likely that those resources require careful duplication, and then you need to pay attention to the way objects are copied and assigned, or disable copying completely.
22609 In many cases, holding properly encapsulated resources using RAII "owning" objects can eliminate the need to write these operations yourself. (See Item 13.)
22611 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.
22613 **Exceptions**: When any of the special functions are declared only to make them non-public or virtual, but without special semantics, it doesn't imply that the others are needed.
22614 In rare cases, classes that have members of strange types (such as reference members) are an exception because they have peculiar copy semantics.
22615 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.)
22617 **References**: [\[SuttAlex05\]](#SuttAlex05) Item 52; [\[Cline99\]](#Cline99) §30.01-14, [\[Koenig97\]](#Koenig97) §4, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §5.5, §10.4, [\[SuttHysl04b\]](#SuttHysl04b)
22619 Resource management rule summary:
22621 * [Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource](#Cr-safety)
22622 * [Never return or throw while holding a resource not owned by a handle](#Cr-never)
22623 * [A "raw" pointer or reference is never a resource handle](#Cr-raw)
22624 * [Never let a pointer outlive the object it points to](#Cr-outlive)
22625 * [Use templates to express containers (and other resource handles)](#Cr-templates)
22626 * [Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)](#Cr-value-return)
22627 * [If a class is a resource handle, it needs a constructor, a destructor, and copy and/or move operations](#Cr-handle)
22628 * [If a class is a container, give it an initializer-list constructor](#Cr-list)
22630 ### <a name="Cr-safety"></a>Discussion: Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource
22632 ##### Reason
22634 Prevent leaks. Leaks can lead to performance degradation, mysterious error, system crashes, and security violations.
22636 **Alternative formulation**: Have every resource represented as an object of some class managing its lifetime.
22638 ##### Example
22640     template<class T>
22641     class Vector {
22642     private:
22643         T* elem;   // sz elements on the free store, owned by the class object
22644         int sz;
22645         // ...
22646     };
22648 This class is a resource handle. It manages the lifetime of the `T`s. To do so, `Vector` must define or delete [the set of special operations](#Rc-five) (constructors, a destructor, etc.).
22650 ##### Example
22652     ??? "odd" non-memory resource ???
22654 ##### Enforcement
22656 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.
22658 ### <a name="Cr-never"></a>Discussion: Never return or throw while holding a resource not owned by a handle
22660 ##### Reason
22662 That would be a leak.
22664 ##### Example
22666     void f(int i)
22667     {
22668         FILE* f = fopen("a file", "r");
22669         ifstream is { "another file" };
22670         // ...
22671         if (i == 0) return;
22672         // ...
22673         fclose(f);
22674     }
22676 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:
22678     void f(int i)
22679     {
22680         unique_ptr<FILE, int(*)(FILE*)> f(fopen("a file", "r"), fclose);
22681         // ...
22682         if (i == 0) return;
22683         // ...
22684     }
22686 Better:
22688     void f(int i)
22689     {
22690         ifstream input {"a file"};
22691         // ...
22692         if (i == 0) return;
22693         // ...
22694     }
22696 ##### Enforcement
22698 A checker must consider all "naked pointers" suspicious.
22699 A checker probably must rely on a human-provided list of resources.
22700 For starters, we know about the standard-library containers, `string`, and smart pointers.
22701 The use of `span` and `string_view` should help a lot (they are not resource handles).
22703 ### <a name="Cr-raw"></a>Discussion: A "raw" pointer or reference is never a resource handle
22705 ##### Reason
22707 To be able to distinguish owners from views.
22709 ##### Note
22711 This is independent of how you "spell" pointer: `T*`, `T&`, `Ptr<T>` and `Range<T>` are not owners.
22713 ### <a name="Cr-outlive"></a>Discussion: Never let a pointer outlive the object it points to
22715 ##### Reason
22717 To avoid extremely hard-to-find errors. Dereferencing such a pointer is undefined behavior and could lead to violations of the type system.
22719 ##### Example
22721     string* bad()   // really bad
22722     {
22723         vector<string> v = { "This", "will", "cause", "trouble", "!" };
22724         // leaking a pointer into a destroyed member of a destroyed object (v)
22725         return &v[0];
22726     }
22728     void use()
22729     {
22730         string* p = bad();
22731         vector<int> xx = {7, 8, 9};
22732         // undefined behavior: x might not be the string "This"
22733         string x = *p;
22734         // undefined behavior: we don't know what (if anything) is allocated a location p
22735         *p = "Evil!";
22736     }
22738 The `string`s of `v` are destroyed upon exit from `bad()` and so is `v` itself. The returned pointer points to unallocated memory on the free store. This memory (pointed into by `p`) might have been reallocated by the time `*p` is executed. There might be no `string` to read and a write through `p` could easily corrupt objects of unrelated types.
22740 ##### Enforcement
22742 Most compilers already warn about simple cases and have the information to do more. Consider any pointer returned from a function suspect. Use containers, resource handles, and views (e.g., `span` known not to be resource handles) to lower the number of cases to be examined. For starters, consider every class with a destructor as resource handle.
22744 ### <a name="Cr-templates"></a>Discussion: Use templates to express containers (and other resource handles)
22746 ##### Reason
22748 To provide statically type-safe manipulation of elements.
22750 ##### Example
22752     template<typename T> class Vector {
22753         // ...
22754         T* elem;   // point to sz elements of type T
22755         int sz;
22756     };
22758 ### <a name="Cr-value-return"></a>Discussion: Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)
22760 ##### Reason
22762 To simplify code and eliminate a need for explicit memory management. To bring an object into a surrounding scope, thereby extending its lifetime.
22764 **See also**: [F.20, the general item about "out" output values](#Rf-out)
22766 ##### Example
22768     vector<int> get_large_vector()
22769     {
22770         return ...;
22771     }
22773     auto v = get_large_vector(); //  return by value is ok, most modern compilers will do copy elision
22775 ##### Exception
22777 See the Exceptions in [F.20](#Rf-out).
22779 ##### Enforcement
22781 Check for pointers and references returned from functions and see if they are assigned to resource handles (e.g., to a `unique_ptr`).
22783 ### <a name="Cr-handle"></a>Discussion: If a class is a resource handle, it needs a constructor, a destructor, and copy and/or move operations
22785 ##### Reason
22787 To provide complete control of the lifetime of the resource. To provide a coherent set of operations on the resource.
22789 ##### Example
22791     ??? Messing with pointers
22793 ##### Note
22795 If all members are resource handles, rely on the default special operations where possible.
22797     template<typename T> struct Named {
22798         string name;
22799         T value;
22800     };
22802 Now `Named` has a default constructor, a destructor, and efficient copy and move operations, provided `T` has.
22804 ##### Enforcement
22806 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.
22808 ### <a name="Cr-list"></a>Discussion: If a class is a container, give it an initializer-list constructor
22810 ##### Reason
22812 It is common to need an initial set of elements.
22814 ##### Example
22816     template<typename T> class Vector {
22817     public:
22818         Vector(std::initializer_list<T>);
22819         // ...
22820     };
22822     Vector<string> vs { "Nygaard", "Ritchie" };
22824 ##### Enforcement
22826 When is a class a container? ???
22828 # <a name="S-tools"></a>Appendix D: Supporting tools
22830 This section contains a list of tools that directly support adoption of the C++ Core Guidelines. This list is not intended to be an exhaustive list of tools
22831 that are helpful in writing good C++ code. If a tool is designed specifically to support and links to the C++ Core Guidelines it is a candidate for inclusion.
22833 ### <a name="St-clangtidy"></a>Tools: [Clang-tidy](http://clang.llvm.org/extra/clang-tidy/checks/list.html)
22835 Clang-tidy has a set of rules that specifically enforce the C++ Core Guidelines. These rules are named in the pattern `cppcoreguidelines-*`.
22837 ### <a name="St-cppcorecheck"></a>Tools: [CppCoreCheck](https://docs.microsoft.com/en-us/visualstudio/code-quality/using-the-cpp-core-guidelines-checkers)
22839 The Microsoft compiler's C++ code analysis contains a set of rules specifically aimed at enforcement of the C++ Core Guidelines.
22841 # <a name="S-glossary"></a>Glossary
22843 A relatively informal definition of terms used in the guidelines
22844 (based off the glossary in [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html))
22846 More information on many topics about C++ can be found on the [Standard C++ Foundation](https://isocpp.org)'s site.
22848 * *ABI*: Application Binary Interface, a specification for a specific hardware platform combined with the operating system. Contrast with API.
22849 * *abstract class*: a class that cannot be directly used to create objects; often used to define an interface to derived classes.
22850   A class is made abstract by having a pure virtual function or only protected constructors.
22851 * *abstraction*: a description of something that selectively and deliberately ignores (hides) details (e.g., implementation details); selective ignorance.
22852 * *address*: a value that allows us to find an object in a computer's memory.
22853 * *algorithm*: a procedure or formula for solving a problem; a finite series of computational steps to produce a result.
22854 * *alias*: an alternative way of referring to an object; often a name, pointer, or reference.
22855 * *API*: Application Programming Interface, a set of functions that form the communication between various software components. Contrast with ABI.
22856 * *application*: a program or a collection of programs that is considered an entity by its users.
22857 * *approximation*: something (e.g., a value or a design) that is close to the perfect or ideal (value or design).
22858   Often an approximation is a result of trade-offs among ideals.
22859 * *argument*: a value passed to a function or a template, in which it is accessed through a parameter.
22860 * *array*: a homogeneous sequence of elements, usually numbered, e.g., `[0:max)`.
22861 * *assertion*: a statement inserted into a program to state (assert) that something must always be true at this point in the program.
22862 * *base class*: a type that is intended to be derived from (e.g., has a non-`final` virtual function), and objects of the type are intended to be used only indirectly (e.g., by pointer). \[In strict terms, "base class" could be defined as "something we derived from" but we are specifying in terms of the class designer's intent.\] Typically a base class has one or more virtual functions.
22863 * *bit*: the basic unit of information in a computer. A bit can have the value 0 or the value 1.
22864 * *bug*: an error in a program.
22865 * *byte*: the basic unit of addressing in most computers. Typically, a byte holds 8 bits.
22866 * *class*: a user-defined type that can contain data members, function members, and member types.
22867 * *code*: a program or a part of a program; ambiguously used for both source code and object code.
22868 * *compiler*: a program that turns source code into object code.
22869 * *complexity*: a hard-to-precisely-define notion or measure of the difficulty of constructing a solution to a problem or of the solution itself.
22870   Sometimes complexity is used to (simply) mean an estimate of the number of operations needed to execute an algorithm.
22871 * *computation*: the execution of some code, usually taking some input and producing some output.
22872 * *concept*: (1) a notion, and idea; (2) a set of requirements, usually for a template argument.
22873 * *concrete type*: a type that is not a base class, and objects of the type are intended to be used directly (not only by pointer/indirection), its size is known, it can typically be allocated anywhere the programmer wants (e.g., stack or statically).
22874 * *constant*: a value that cannot be changed (in a given scope); not mutable.
22875 * *constructor*: an operation that initializes ("constructs") an object.
22876   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).
22877 * *container*: an object that holds elements (other objects).
22878 * *copy*: an operation that makes two objects have values that compare equal. See also move.
22879 * *correctness*: a program or a piece of a program is correct if it meets its specification.
22880   Unfortunately, a specification can be incomplete or inconsistent, or can fail to meet users' reasonable expectations.
22881   Thus, to produce acceptable code, we sometimes have to do more than just follow the formal specification.
22882 * *cost*: the expense (e.g., in programmer time, run time, or space) of producing a program or of executing it.
22883   Ideally, cost should be a function of complexity.
22884 * *customization point*: ???
22885 * *data*: values used in a computation.
22886 * *debugging*: the act of searching for and removing errors from a program; usually far less systematic than testing.
22887 * *declaration*: the specification of a name with its type in a program.
22888 * *definition*: a declaration of an entity that supplies all information necessary to complete a program using the entity.
22889   Simplified definition: a declaration that allocates memory.
22890 * *derived class*: a class derived from one or more base classes.
22891 * *design*: an overall description of how a piece of software should operate to meet its specification.
22892 * *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.
22893 * *encapsulation*: protecting something meant to be private (e.g., implementation details) from unauthorized access.
22894 * *error*: a mismatch between reasonable expectations of program behavior (often expressed as a requirement or a users' guide) and what a program actually does.
22895 * *executable*: a program ready to be run (executed) on a computer.
22896 * *feature creep*: a tendency to add excess functionality to a program "just in case."
22897 * *file*: a container of permanent information in a computer.
22898 * *floating-point number*: a computer's approximation of a real number, such as 7.93 and 10.78e-3.
22899 * *function*: a named unit of code that can be invoked (called) from different parts of a program; a logical unit of computation.
22900 * *generic programming*: a style of programming focused on the design and efficient implementation of algorithms.
22901   A generic algorithm will work for all argument types that meet its requirements. In C++, generic programming typically uses templates.
22902 * *global variable*: technically, a named object in namespace scope.
22903 * *handle*: a class that allows access to another through a member pointer or reference. See also resource, copy, move.
22904 * *header*: a file containing declarations used to share interfaces between parts of a program.
22905 * *hiding*: the act of preventing a piece of information from being directly seen or accessed.
22906   For example, a name from a nested (inner) scope can prevent that same name from an outer (enclosing) scope from being directly used.
22907 * *ideal*: the perfect version of something we are striving for. Usually we have to make trade-offs and settle for an approximation.
22908 * *implementation*: (1) the act of writing and testing code; (2) the code that implements a program.
22909 * *infinite loop*: a loop where the termination condition never becomes true. See iteration.
22910 * *infinite recursion*: a recursion that doesn't end until the machine runs out of memory to hold the calls.
22911   In reality, such recursion is never infinite but is terminated by some hardware error.
22912 * *information hiding*: the act of separating interface and implementation, thus hiding implementation details not meant for the user's attention and providing an abstraction.
22913 * *initialize*: giving an object its first (initial) value.
22914 * *input*: values used by a computation (e.g., function arguments and characters typed on a keyboard).
22915 * *integer*: a whole number, such as 42 and -99.
22916 * *interface*: a declaration or a set of declarations specifying how a piece of code (such as a function or a class) can be called.
22917 * *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.
22918 * *iteration*: the act of repeatedly executing a piece of code; see recursion.
22919 * *iterator*: an object that identifies an element of a sequence.
22920 * *ISO*: International Organization for Standardization. The C++ language is an ISO standard, ISO/IEC 14882. More information at [iso.org](http://iso.org).
22921 * *library*: a collection of types, functions, classes, etc. implementing a set of facilities (abstractions) meant to be potentially used as part of more than one program.
22922 * *lifetime*: the time from the initialization of an object until it becomes unusable (goes out of scope, is deleted, or the program terminates).
22923 * *linker*: a program that combines object code files and libraries into an executable program.
22924 * *literal*: a notation that directly specifies a value, such as 12 specifying the integer value "twelve."
22925 * *loop*: a piece of code executed repeatedly; in C++, typically a for-statement or a `while`-statement.
22926 * *move*: an operation that transfers a value from one object to another leaving behind a value representing "empty." See also copy.
22927 * *move-only type*: a concrete type that is movable but not copyable.
22928 * *mutable*: changeable; the opposite of immutable, constant, and invariable.
22929 * *object*: (1) an initialized region of memory of a known type which holds a value of that type; (2) a region of memory.
22930 * *object code*: output from a compiler intended as input for a linker (for the linker to produce executable code).
22931 * *object file*: a file containing object code.
22932 * *object-oriented programming*: (OOP) a style of programming focused on the design and use of classes and class hierarchies.
22933 * *operation*: something that can perform some action, such as a function and an operator.
22934 * *output*: values produced by a computation (e.g., a function result or lines of characters written on a screen).
22935 * *overflow*: producing a value that cannot be stored in its intended target.
22936 * *overload*: defining two functions or operators with the same name but different argument (operand) types.
22937 * *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.
22938 * *owner*: an object responsible for releasing a resource.
22939 * *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.
22940 * *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.
22941 * *pointer*: (1) a value used to identify a typed object in memory; (2) a variable holding such a value.
22942 * *post-condition*: a condition that must hold upon exit from a piece of code, such as a function or a loop.
22943 * *pre-condition*: a condition that must hold upon entry into a piece of code, such as a function or a loop.
22944 * *program*: code (possibly with associated data) that is sufficiently complete to be executed by a computer.
22945 * *programming*: the art of expressing solutions to problems as code.
22946 * *programming language*: a language for expressing programs.
22947 * *pseudo code*: a description of a computation written in an informal notation rather than a programming language.
22948 * *pure virtual function*: a virtual function that must be overridden in a derived class.
22949 * *RAII*: ("Resource Acquisition Is Initialization") a basic technique for resource management based on scopes.
22950 * *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.
22951 * *recursion*: the act of a function calling itself; see also iteration.
22952 * *reference*: (1) a value describing the location of a typed value in memory; (2) a variable holding such a value.
22953 * *regular expression*: a notation for patterns in character strings.
22954 * *regular*: a semiregular type that is equality-comparable (see `std::regular` concept). After a copy, the copied object compares equal to the original object. A regular type behaves similarly to built-in types like `int` and can be compared with `==`.
22955 In particular, an object of a regular type can be copied and the result of a copy is a separate object that compares equal to the original. See also *semiregular type*.
22956 * *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.
22957 * *resource*: something that is acquired and must later be released, such as a file handle, a lock, or memory. See also handle, owner.
22958 * *rounding*: conversion of a value to the mathematically nearest value of a less precise type.
22959 * *RTTI*: Run-Time Type Information. ???
22960 * *scope*: the region of program text (source code) in which a name can be referred to.
22961 * *semiregular*: a concrete type that is copyable (including movable) and default-constructible (see `std::semiregular` concept). The result of a copy is an independent object with the same value as the original. A semiregular type behaves roughly like a built-in type like `int`, but possibly without a `==` operator. See also *regular type*.
22962 * *sequence*: elements that can be visited in a linear order.
22963 * *software*: a collection of pieces of code and associated data; often used interchangeably with program.
22964 * *source code*: code as produced by a programmer and (in principle) readable by other programmers.
22965 * *source file*: a file containing source code.
22966 * *specification*: a description of what a piece of code should do.
22967 * *standard*: an officially agreed upon definition of something, such as a programming language.
22968 * *state*: a set of values.
22969 * *STL*: the containers, iterators, and algorithms part of the standard library.
22970 * *string*: a sequence of characters.
22971 * *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.
22972 * *subtype*: derived type; a type that has all the properties of a type and possibly more.
22973 * *supertype*: base type; a type that has a subset of the properties of a type.
22974 * *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.
22975 * *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.
22976 * *template*: a class or a function parameterized by one or more types or (compile-time) values; the basic C++ language construct supporting generic programming.
22977 * *testing*: a systematic search for errors in a program.
22978 * *trade-off*: the result of balancing several design and implementation criteria.
22979 * *truncation*: loss of information in a conversion from a type into another that cannot exactly represent the value to be converted.
22980 * *type*: something that defines a set of possible values and a set of operations for an object.
22981 * *uninitialized*: the (undefined) state of an object before it is initialized.
22982 * *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.
22983 * *use case*: a specific (typically simple) use of a program meant to test its functionality and demonstrate its purpose.
22984 * *value*: a set of bits in memory interpreted according to a type.
22985 * *value type*: a term some people use to mean a regular or semiregular type.
22986 * *variable*: a named object of a given type; contains a value unless uninitialized.
22987 * *virtual function*: a member function that can be overridden in a derived class.
22988 * *word*: a basic unit of memory in a computer, often the unit used to hold an integer.
22990 # <a name="S-unclassified"></a>To-do: Unclassified proto-rules
22992 This is our to-do list.
22993 Eventually, the entries will become rules or parts of rules.
22994 Alternatively, we will decide that no change is needed and delete the entry.
22996 * No long-distance friendship
22997 * Should physical design (what's in a file) and large-scale design (libraries, groups of libraries) be addressed?
22998 * Namespaces
22999 * Avoid using directives in the global scope (except for std, and other "fundamental" namespaces (e.g. experimental))
23000 * 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?
23001 * Should there be inline namespaces (à la `std::literals::*_literals`)?
23002 * Avoid implicit conversions
23003 * 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
23004 * Always initialize variables, use initialization lists for data members.
23005 * 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. :)
23006 * Use `const`-ness wherever possible: member functions, variables and (yippee) `const_iterators`
23007 * Use `auto`
23008 * `(size)` vs. `{initializers}` vs. `{Extent{size}}`
23009 * Don't overabstract
23010 * Never pass a pointer down the call stack
23011 * falling through a function bottom
23012 * 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?
23013 * 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?
23014 * Speaking of lambdas, what would weigh in on the decision between lambdas and (local?) classes in algorithm calls and other callback scenarios?
23015 * 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?
23016 * What to do with leaks out of temporaries? : `p = (s1 + s2).c_str();`
23017 * pointer/iterator invalidation leading to dangling pointers:
23019         void bad()
23020         {
23021             int* p = new int[700];
23022             int* q = &p[7];
23023             delete p;
23025             vector<int> v(700);
23026             int* q2 = &v[7];
23027             v.resize(900);
23029             // ... use q and q2 ...
23030         }
23032 * LSP
23033 * private inheritance vs/and membership
23034 * avoid static class members variables (race conditions, almost-global variables)
23036 * Use RAII lock guards (`lock_guard`, `unique_lock`, `shared_lock`), never call `mutex.lock` and `mutex.unlock` directly (RAII)
23037 * Prefer non-recursive locks (often used to work around bad reasoning, overhead)
23038 * 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`?
23039 * If two or more mutexes must be acquired at the same time, use `std::lock` (or another deadlock avoidance algorithm?)
23040 * 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.
23041 * 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)
23042 * 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)
23043 * 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)
23045 * rules for arithmetic
23047 # Bibliography
23049 * <a name="Abrahams01"></a>
23050   \[Abrahams01]:  D. Abrahams. [Exception-Safety in Generic Components](http://www.boost.org/community/exception_safety.html).
23051 * <a name="Alexandrescu01"></a>
23052   \[Alexandrescu01]:  A. Alexandrescu. Modern C++ Design (Addison-Wesley, 2001).
23053 * <a name="Cplusplus03"></a>
23054   \[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).
23055 * <a name="Cargill92"></a>
23056   \[Cargill92]:       T. Cargill. C++ Programming Style (Addison-Wesley, 1992).
23057 * <a name="Cline99"></a>
23058   \[Cline99]:         M. Cline, G. Lomow, and M. Girou. C++ FAQs (2ndEdition) (Addison-Wesley, 1999).
23059 * <a name="Dewhurst03"></a>
23060   \[Dewhurst03]:      S. Dewhurst. C++ Gotchas (Addison-Wesley, 2003).
23061 * <a name="Henricson97"></a>
23062   \[Henricson97]:     M. Henricson and E. Nyquist. Industrial Strength C++ (Prentice Hall, 1997).
23063 * <a name="Koenig97"></a>
23064   \[Koenig97]:        A. Koenig and B. Moo. Ruminations on C++ (Addison-Wesley, 1997).
23065 * <a name="Lakos96"></a>
23066   \[Lakos96]:         J. Lakos. Large-Scale C++ Software Design (Addison-Wesley, 1996).
23067 * <a name="Meyers96"></a>
23068   \[Meyers96]:        S. Meyers. More Effective C++ (Addison-Wesley, 1996).
23069 * <a name="Meyers97"></a>
23070   \[Meyers97]:        S. Meyers. Effective C++ (2nd Edition) (Addison-Wesley, 1997).
23071 * <a name="Meyers01"></a>
23072   \[Meyers01]:        S. Meyers. Effective STL (Addison-Wesley, 2001).
23073 * <a name="Meyers05"></a>
23074   \[Meyers05]:        S. Meyers. Effective C++ (3rd Edition) (Addison-Wesley, 2005).
23075 * <a name="Meyers15"></a>
23076   \[Meyers15]:        S. Meyers. Effective Modern C++ (O'Reilly, 2015).
23077 * <a name="Murray93"></a>
23078   \[Murray93]:        R. Murray. C++ Strategies and Tactics (Addison-Wesley, 1993).
23079 * <a name="Stroustrup94"></a>
23080   \[Stroustrup94]:    B. Stroustrup. The Design and Evolution of C++ (Addison-Wesley, 1994).
23081 * <a name="Stroustrup00"></a>
23082   \[Stroustrup00]:    B. Stroustrup. The C++ Programming Language (Special 3rdEdition) (Addison-Wesley, 2000).
23083 * <a name="Stroustrup05"></a>
23084   \[Stroustrup05]:    B. Stroustrup. [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
23085 * <a name="Stroustrup13"></a>
23086   \[Stroustrup13]:    B. Stroustrup. [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html). Addison Wesley 2013.
23087 * <a name="Stroustrup14"></a>
23088   \[Stroustrup14]:    B. Stroustrup. [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
23089   Addison Wesley 2014.
23090 * <a name="Stroustrup15"></a>
23091   \[Stroustrup15]:    B. Stroustrup, Herb Sutter, and G. Dos Reis: [A brief introduction to C++'s model for type- and resource-safety](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/docs/Introduction%20to%20type%20and%20resource%20safety.pdf).
23092 * <a name="SuttHysl04b"></a>
23093   \[SuttHysl04b]:     H. Sutter and J. Hyslop. [Collecting Shared Objects](https://web.archive.org/web/20120926011837/http://www.drdobbs.com/collecting-shared-objects/184401839) (C/C++ Users Journal, 22(8), August 2004).
23094 * <a name="SuttAlex05"></a>
23095   \[SuttAlex05]:      H. Sutter and  A. Alexandrescu. C++ Coding Standards. Addison-Wesley 2005.
23096 * <a name="Sutter00"></a>
23097   \[Sutter00]:        H. Sutter. Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2000).
23098 * <a name="Sutter02"></a>
23099   \[Sutter02]:        H. Sutter. More Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2002).
23100 * <a name="Sutter04"></a>
23101   \[Sutter04]:        H. Sutter. Exceptional C++ Style (Addison-Wesley, 2004).
23102 * <a name="Taligent94"></a>
23103   \[Taligent94]: Taligent's Guide to Designing Programs (Addison-Wesley, 1994).