三法則

C++程式設計

三法則(英語:Rule of Three)以及五法則C++裏,它是一個以設計的基本原則而制定的定律。

規則

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它的要求是,假如有明顯定義英語Declaration (computer programming)下列其中一個成員函數,那麼程序员必須寫入其他兩個成員函數到类內,也就是說下列三個成員函數缺一不可[註 1] [1]

上述三個函數是特別的成員函數英語Special member functions,假如程序员沒有自行定義或宣告這三個函數,編譯器會自動地建立他們並且編譯到應用程式內。然而,如果程序员僅定義其中一個,其餘兩個函數仍然會由編譯器自動產生,這種混雜的情況非常容易產生程序员難以預期的錯誤。三法則的存在,正是提醒程序员避免那樣的陷阱。 三法則這個專有名詞是由馬歇爾·克來恩於1991年創立[註 2][2]

它的修正版本是,假如类有用到RAII,可以不必定義析构函数,也就是所謂的二大定律[註 3][3]。 因為隐式生成的构造函数與赋值运算符可以很容易地複製类內所有的資料成員[4],當資料成員是指標型態時,指標地址會隨着类而跟着被複製[註 4]。要注意的是,直接地複製指標地址是一項非常危險的動作,所以只要类有封裝指標型態的資料結構,或是类有封裝外部參照的資料成員,例如指標型態的資料成員,程序员應該為此而定義显式的複製构造函数與赋值运算符[註 5]

五法則

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C++11新增兩個法則,稱為五法則[註 6]

  • 析构函数
  • 複製构造函数
  • 赋值运算符
  • 移動构造函数[註 7]
  • 移動複製运算符[註 8]

範例

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C/C++ 原始碼《計算方塊體積》三法則範例
標頭檔 header.h 主函數 main.cpp
#ifndef _HEADER_H_
#define _HEADER_H_
//
// 判斷是否為微軟編譯器
#ifndef _MSC_VER
#undef NULL
#define NULL 0
#endif
//
#include <iostream>
#include <limits>
//
using std::cin;
using std::cout;
using std::endl;
//
// 類別:方塊
class CCube
{
public:
	// 建構子
	CCube();
	// 含有參數的建構子
	CCube(double length, double width, double height);
	// 三法則:解構子
	~CCube();
	// 三法則:複製建構子
	CCube(const CCube &sample);
	// 三法則:設定運算子
	CCube& operator=(const CCube &sample);
	// 設定長寬高
 	void setLength(double length);
 	void setWidth(double width);
 	void setHeight(double height);
	// 取得長寬高
	double getLength() const;
	double getWidth() const;
	double getHeight() const;
	// 計算體積
	double getVolume() const;
protected:
private:
	// 長寬高
	double m_Length;
	double m_Width;
	double m_Height;
};
//
void PAUSE(void);
//
#endif
#include"header.h"
//
// 判斷是否為微軟編譯器
#ifndef _MSC_VER
int
#else
void
#endif
main(int argc, char* argv[])
{
	// 方塊零
	CCube cube0(4.3, 5.2, 6.1);
	// 第一個方塊
	{
		cout << "=== No.1 cube ===" << endl;
		CCube cube1 = cube0;
		cout << "Volume of cube = " << cube1.getVolume() << endl;
	}
	// 第二個方塊
	{
		cout << "=== No.2 cube ===" << endl;
		CCube cube2;
		cube2 = cube0;
		cout << "Volume of cube = " << cube2.getVolume() << endl;
	}
	PAUSE();
	return
#ifndef _MSC_VER
		EXIT_SUCCESS
#endif
		;
}
標頭檔實作 header.cpp
#include "header.h"
//
void PAUSE(void)
{
	cin.clear();
	cin.ignore(std::numeric_limits<std::streamsize>::max(), '\n');
	cout << "press any key to continue...";
	cin.get();
}
CCube::CCube()
{
	cout << "Constructor: CCube()" << endl;
	this->m_Length = 0.0;
	this->m_Width = 0.0;
	this->m_Height = 0.0;
}
CCube::CCube(double length, double width, double height)
{
	cout << "Constructor: CCube(length, width, height)" << endl;
	this->m_Length = length;
	this->m_Width = width;
	this->m_Height = height;
}
CCube::~CCube()
{
	cout << "Destructor: ~CCube()" << endl;
	this->m_Length = 0.0;
	this->m_Width = 0.0;
	this->m_Height = 0.0;
}
CCube::CCube(const CCube &sample)
{
	cout << "Copy constructor: CCube(const CCube &sample)" << endl;
	//
	// 保護:禁止設值給自己
	if (this != &sample)
	{
		this->m_Length = sample.m_Length;
		this->m_Width = sample.m_Width;
		this->m_Height = sample.m_Height;
	}
}
CCube& CCube::operator=(const CCube &sample)
{
	cout << "Assignment operator: operator=(const CCube &sample)" << endl;
	//
	// 保護:禁止設值給自己
	if (this != &sample)
	{
		this->m_Length = sample.m_Length;
		this->m_Width = sample.m_Width;
		this->m_Height = sample.m_Height;
	}
	return *this;
}
double CCube::getVolume() const
{
	return (this->m_Length * this->m_Width * this->m_Height);
}

註釋

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  1. ^ 三法則,英語:Rule of Three;三大定律,英語:the Law of The Big Three;大三律,英語:The Big Three
  2. ^ 馬歇爾·克來恩,英語:Marshall Cline
  3. ^ 二大定律,英語:The Law of The Big Two
  4. ^ 隐式生成,英語:implicitly-generated,由編譯器自動產生
  5. ^ 显式,英語:explicit,由程序员來編寫清楚明確的定義
  6. ^ 五法則,英語:Rule of Five
  7. ^ 移動构造函数,英語:move constructor
  8. ^ 移動指定运算符,英語:move assignment operator

參考資料

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  1. ^ Stroustrup, Bjarne. The C++ Programming Language 3. Addison-Wesley. 2000: 283–4. ISBN 978-0201700732. 
  2. ^ Koenig, Andrew; Barbara E. Moo. C++ Made Easier: The Rule of Three. Dr. Dobb's Journal. 2001-06-01 [2009-09-08]. 
  3. ^ Karlsson, Bjorn; Wilson, Matthew. The Law of the Big Two. The C++ Source. Artima. 2004-10-01 [2008-01-22]. (原始內容存檔於2012-03-17). 
  4. ^ 比雅尼·史特勞斯特魯普. The C++ Programming Language. : 第 271 頁. 

相關條目

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