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術語與慣例 (Terms and Conventions)

#cpp #foundations #lvalue-rvalue #exception-safety #function-objects #concept

Overview Table

術語 一句話定義 關鍵提醒
lvalue 可取得位址的 expression，通常對應具名物件 型別與 value category 無關：type T 可有 lvalue 也可有 rvalue
rvalue 不可取位址的 expression，通常是暫時物件 rvalue 代表可被 move 的物件
argument 呼叫端傳入的 expression 可以是 lvalue 或 rvalue
parameter 函式宣告中的形式參數 一律是 lvalue（即使型別是 T&&）
basic guarantee 例外拋出後：invariant 不破壞、資源不洩漏 exception safe 的最低門檻
strong guarantee 例外拋出後：程式狀態回到呼叫前 比 basic 更強，成本可能較高
function object 支援 operator() 的物件（廣義：可用函式呼叫語法者） 狹義來自 C++98，廣義來自 C++11
closure lambda expression 產生的 runtime 物件 書中常將兩者統稱 lambda
declaration / definition 引入名稱 vs 提供儲存/實作細節 definition 也算 declaration
signature 宣告中「參數型別 + 回傳型別」的部分 不含名稱，也不含 noexcept/constexpr
deprecated 標準委員會標記為待淘汰的特性 如 std::auto_ptr → 改用 std::unique_ptr
undefined behavior (UB) 標準不保證任何 runtime 行為 越界索引、解參考未初始化 iterator、data race
raw / smart pointer 內建指標（如 new 回傳）vs 有智慧的包裝 smart pointer 通常 overload -> 與 *

lvalue vs rvalue：move semantics 的地基

C++11 最普及的特性是 move semantics，其基礎就是區分 expression 是 lvalue 還是 rvalue：rvalue 代表有資格被 move 的物件，lvalue 一般不行。概念上（實務未必），rvalue 對應函式回傳的暫時物件，lvalue 對應可指名參照的物件（具名變數、透過指標或 lvalue reference 取得者）。

實用判別法

能對 expression 取位址（&） → 通常是 lvalue；不能取位址 → 通常是 rvalue。

class Widget {
public:
    Widget(Widget&& rhs);   // rhs 的「型別」是 rvalue reference，
    // ...                  // 但 rhs 本身是 lvalue（具名、可取位址）
};
兩個必記例外

  1. 取位址判別法只是 heuristic（書中用「typically / usually」），並非嚴格定義。
  2. 所有 parameter 都是 lvalue——即使其型別是 rvalue reference（如上例 rhs）。在 Widget 的 move constructor 內對 rhs 取位址完全合法。這是 Item 23/25 中 std::move 存在的根本原因。

copy 的用語：以同型別物件初始化新物件時，新物件都稱為原物件的 copy——即使它是經由 move constructor 建成的。C++ 沒有術語區分「copy-constructed copy」與「move-constructed copy」。

void someFunc(Widget w);      // w 以 pass-by-value 傳遞

Widget wid;
someFunc(wid);                // w 是 wid 的 copy，經 copy construction 建立
someFuncmove(wid);     // w 仍稱為 wid 的 copy，但經 move construction 建立
成本不可武斷

「rvalue 的 copy 用 move 建構、lvalue 的 copy 用 copy 建構」只是一般情形。若只知道某物件是另一物件的 copy，無法斷言建構成本——必須知道傳入的是 lvalue 還是 rvalue，以及該型別 move/copy 的實際代價。

Argument vs Parameter 與 Exception Safety

argument 是呼叫端傳入的 expression（可為 lvalue 或 rvalue）；parameter 是函式內的具名變數（一律是 lvalue）。argument 用來初始化 parameter：

呼叫端                                  函式端
────────                               ────────
someFunc(wid);             argument = wid（lvalue）
someFuncmove(wid));  argument = std::move(wid（rvalue）
        │
        │  初始化
        ▼
void someFunc(Widget w)    parameter = w（永遠是 lvalue）

這個區分在 perfect forwarding 中最關鍵：把 argument 轉交給第二個函式時要保留其 lvalueness / rvalueness（詳見 Item 30 對應筆記）。

設計良好的函式應是 exception safe：

保證層級 例外拋出後的承諾 備註
basic guarantee（基本保證） 程式 invariant 完好（資料結構不毀損）、無資源洩漏 exception safe 的最低要求
strong guarantee（強保證） 程式狀態回到呼叫前（如同交易 rollback） 隱含 basic；與 Item 14 的 noexcept、move 策略密切相關

Function Object、Closure 與 Declaration/Definition

名詞 範圍 內容
function object（狹義，C++98） 最窄 支援 operator() 的物件
function object（廣義，C++11） 較寬 可用 名稱(引數) 語法呼叫者：含函式、C 式 function pointer
callable object 最寬 廣義 function object 再加上 member function pointer
closure — lambda expression 在 runtime 產生的 function object

實務上可將 function object / callable 統一想成「可用某種函式呼叫語法呼叫的東西」；lambda expression 與其產生的 closure 也很少需要區分（書中統稱 lambda）。同理，function template（產生函式的模板）與 template function（模板產生的函式）亦不刻意區分。

declaration 引入名稱與型別但不給細節；definition 提供儲存位置或實作。definition 同時也是 declaration：

extern int x;                      // 宣告：不配置儲存
class Widget;                      // 宣告：forward declaration
bool func(const Widget& w);        // 宣告：無函式本體
enum class Color;                  // 宣告：scoped enum（見 Item 10 對應筆記）

int x;                             // 定義：配置儲存
class Widget { /* ... */ };        // 定義：完整類別
bool func(const Widget& w)
{ return w.size() < 10; }          // 定義：有本體
enum class Color { Yellow, Red, Blue };  // 定義：列出 enumerator

signature（本書定義）：宣告中指明參數型別與回傳型別的部分。上例 func 的 signature 是 bool(const Widget&)——函式名、參數名不算，noexcept、constexpr 等元素也排除在外。

與官方定義不同

Meyers 的 signature 定義是為本書方便而簡化；官方定義有時不含回傳型別，細節也不同。面試被問到時要能指出兩者差異。

版本沿革、Deprecated、UB 與指標用語

書中的版本稱呼有精確語意（C++98 與 C++03 僅技術細節不同，故合稱）：

書中用語 實際涵蓋版本 範例敘述
C++ 所有版本 C++ 重視效率
C++98 C++98 + C++03 C++98 缺乏 concurrency 支援
C++11 C++11 + C++14（C++14 是 C++11 的 superset） C++11 支援 lambda
C++14 僅 C++14 C++14 支援一般化的函式回傳型別推導
smart pointer 的例外

std::weak_ptr 是例外——它不提供 operator* / operator-> 解參考（詳見 Item 20 對應筆記），必須先透過 lock() 取得 std::shared_ptr。

書中撰寫慣例速記：Widget = 任意 user-defined type；rhs/lhs = 右/左運算元（move、copy 操作與二元運算子的慣用參數名）；… 窄省略號 = 「此處省略程式碼」，與 variadic template 的 ... 寬省略號不同；ctor/dtor = constructor / destructor 縮寫。

Exam/Test Patterns

情境關鍵字 答案
「Widget&& rhs 中的 rhs 是 lvalue 還是 rvalue？」 lvalue——所有 parameter 都是 lvalue，型別是 rvalue reference 不改變這點
「如何快速判斷 expression 是 lvalue？」 能取位址（&）者通常是 lvalue（heuristic，非嚴格定義）
「move constructor 建出來的物件叫什麼？」 仍叫 copy；C++ 不區分 copy-constructed / move-constructed copy
「argument 和 parameter 差在哪？」 argument 是呼叫端 expression（可 l/r value）；parameter 是函式內具名變數（恆為 lvalue）
「basic vs strong exception guarantee？」 basic：invariant 完好 + 不漏資源；strong：狀態回到呼叫前
「function object、callable、closure 的關係？」 callable ⊇ 廣義 function object ⊇ 支援 operator() 者；closure 是 lambda 產生的 function object
「本書說 C++11 時包含 C++14 嗎？」 包含——C++14 是 C++11 的 superset；寫 C++14 才專指 C++14
「std::auto_ptr 該用嗎？」 不該——C++11 已 deprecated，改用 std::unique_ptr
「data race 的定義？」 ≥2 thread 同時存取同一記憶體位置且至少一個是 writer → undefined behavior
「signature 包含 noexcept 嗎？」 不含——signature 只有參數型別與回傳型別（本書定義）