C++Guns – RoboBlog blogging the bot

GotW 93 von Herb Sutter finde ich sehr gut. Es wird eine Reihe von Möglichkeiten für "auto" anhand von Beispielen gezeigt und erläutert. Das erleichtert das Programmieren wirklich sehr. Schon 1983 wurde "auto" von Bjarne Stroustrup in C++ implementiert. Aber dank dem schon damals schrottigem C musste er es wieder raus nehmen. Na, ich bin sehr froh post C++11 zu leben.

GotW 93

Es gibt auch eine Situation, in welche "auto" auf den ersten Blick ein falschen Typ ableitet. Aber bei genauerer Betrachtung ist es das alte Problem von unterschiedlichen integer Typen. Also unsigned long int + signed int = unsigned long int. Der unsigned long int Datentyp ist "stärker" als signed int. Diese Definition geht auf die Anfängen von C zurück. Und es gibt keine Lösung die alle Fälle abdeckt. Es können weder signed Werte in unsigned long dargestellt werden, noch passen unsignled long in signed int rein. Aber jedesmal auf under/overflow zu prüfen ist einfach nicht effizient genug. Auch "auto" wird dieses Problem nicht lösen. Aber es eliminiert die Folgefehler.

Wie erwähnt, ist der Ergebnistyp bei der Subtraktion von unsigned long und signed int wieder ein unsigned long, obwohl der Programmierer ein signed int als Ergebnis haben wollte. Ohne die Benutzung von "auto" ist das auch einfach zu erreichen. Aber es ist nicht ersichtlich, dass im Code ein versteckter Fehler lauert:

unsigned long x    = 42;
signed short  y    = 43;
int diff = x - y;

Also das ist das reinste Kudelmuddel. unsigned long und signed short gehn rein, und signed int kommt raus. Jetzt kann das Ergebnis wegen unsigned long aber größer sein, als ein int speichern kann. Und mit der Benutzung von "auto" ist der Ergebnistyp wieder unsigned long und kann damit keine negativen Werte speichen, obwohl das offensichtlich gewollt ist.

Als Ergebnistyp würde signed long am besten passen. Aber erklär das mal den Programmierer, und dokumentiere diesen Pitfall an 1000 Stellen im Code, so dass es auch in 30 Jahren noch nachvollziehbar ist: no way!
Andrei Alexandrescu Idee finde ich hier sehr schön. Wir lassen natürlich den Compiler die Arbeit für uns machen! Der Compiler hat schon die Information, dass der Ergebnistyp ein long sein muss. Das ein signed Typ gewollt ist, sagt der Programmieren. In Kombination mit C++11 std::make_signed, welches für jeden gegebenen integral Typ, einen signed integral Typ ausspuckt, lassen sich schön zwei Hilfsfunktionen erstellen.

// C++14 version, option 1
template auto as_signed  (T t){ return make_signed_t  (t); }
template auto as_unsigned(T t){ return make_unsigned_t(t); }

auto diff = as_signed(x - y);

Durch diesen Einzeiler wird der bestmögliche Typ abgeleitet und gleichzeitig spricht der Code, dass hier was besonderes mit der Arithmetik passiert.

/// \todo Beispiel Code der zeigt was mit const und referenzen passiert.

Wie Arne Mertz schon in seinem Beitrag c-is-not-an-object-oriented-language/ sage, ist C++ keine Objekt orientierte Sprache. Ich möchte das aus meiner Sicht einmal verdeutlichen.
Eine Definition ob eine Sprache eine Objekt orientiere Sprache ist, wenn damit Objekt orientiert programmieren kann. Doch was ist ein Objekt?

Aus Objekt orientierter Sich ist ein Objekt eine Klasse, mit Funktionen und Attributen. Dabei kann sich das Verhalten des Objekts, also seine Funktionen, zur Laufzeit mittels Vererbung ändern (c++: virtual). Doch wann hört ein Objekt auf, ein Objekt zu sein? Das ändern des Verhaltens zur Laufzeit ist IMO keine Voraussetzung. Auch muss ein Objekt IMO keine Funktionen besitzen oder von anderen Klassen erben. Ein Objekt mit nur Attributen hat auch oft eine Entsprechung mit einem realen Objekt in der Welt. Zum Beispiel kann jeder Gegenstand mit Koordinaten xyz versehen werden. Dieses Koordinaten-Objekt selbst ist aber wieder aus drei einzelnen Objekten zusammengesetzt. Eben die Variablen, welche die x, y und z Koordinate speichern. Aus meiner Sicht ist schon eine einfache Variable, welche sogar direkt von einer spezifischen Hardware abhängig sein kann (size_t), schon ein Objekt.

So, C++ ist keine pure Objekt orientierte Sprache. Keine pure funktionale Sprache. Keine pure prozedural Sprache. Keine pure low level Sprache.
C++ ist eine multi paradigma Sprache. Und das ist auch gut so.
Für jede Aufgabe gibt es eine gute Lösung. Aber reale Welt Probleme bestehen aus vielen einzelnen Aufgaben die jede für sich eine gute Lösung besitzt. Wie kann dann überhaupt angenommen werden, dass eine Sprache, dir nur ein einzelnes, oder wenige Paradigmas unterstützt, überhaupt jemals echte Probleme gut lösen kann?

Es gibt viele Arten Daten in eine Funktion hinein zu stecken und auch wieder heraus zu bekommen. Hier liste ich die Vor- und Nachteile auf.
Hinein ist einfach:

Call by reference:
Sofern es sich um stink normale Daten handelt, ist das die bevorzugte Methode. Nicht stink normale sind z.B. Funktionen/-Objekte.

void callByRef(const Point3D& point);

Eine Referenze belegt dabei genauso viel Platz wie ein Pointer, also 8byte. Hat man also nur ein int/real zu kopieren, lohnt es sich nicht. Bei so kleinen Objekten ist call by value genauso gut.

Call by value:
Bevorzugt für kleine Objekte oder wenn explizit eine Kopie gebraucht wird. Auch für Funktionsobjekte, Lambdas, Iteratoren etc. Da call by value immer eine Kopie erzeugt, sollt es nicht für große Objekte verwendet werden.

template
void callByValue(const int x, int float, Iterator iter, Function pow, Rand rand);

Call by pointer:
Nee braucht man nicht. Alle sinnvolle Fälle sind schon durch reference und value abgedeckt. Ausserdem, schonmal versucht ein const Pointer auf ein const Objekt zu machen? Hässlich.

void callByPointer(Data const * const data) {
 *data = x; // BUMM
 data++; // BUMM
}

Heraus ist schwer:
Return by reference:
So etwas macht nur Sinn, wenn die Funktion eine Memberfunktion einer Klasse ist. z.B: std::vector::at(). Das Objekt, auf das die Referenz zeigt, muss ja noch weiter existieren, nachdem die Funktion wieder verlassen wurde. Aber normale Variablen in Funktionen existieren nur bis zum Funktionsende.

Return by value:
Ich nehme an, dass ist der normale Fall. Für einfache Typen (int, real) ist das auch kein Problem. Für komplexe Datentypen mit move Konstructor ist es auch kein Problem. z.B.

auto returnByValue() { return std::vector x;}
std::vector = returnByValue();

Ansonsten kann noch die Compiler Optimierung zuschlagen und einem retten. Aber seit dem man moven kann ist das alles kein Ding mehr.

Return by auto:
Mehrere Variablen zurück geben ist kein Problem.

auto returnByAuto() { return make_pair(x, true); }
auto [x, ok] = returnByAuto();

Structured Bindings nennt sich das.

Return by pointer:
Komm, spar's dir.

Was ist ein Pointer auf ein Pointer auf ein Pointer u.s.w. und wozu braucht man das?
Man braucht es eigentlich nicht. Was es ist, werde ich versuchen hier zu erklären.
Ein Pointer verweist auf ein anderes Objekt. Und dieses Objekt kann mit Hilfe des Pointers manipuliert werden.
Dazu ein kleines Beispiel:

void manipulate(int *x) { *x = 42; }
int x = 2;
manipulate(&a);
cout << a; // print 42

Das Objekt, auf welches der Pointer zeigt, kann auch nachträglich geändert werden. Beispiel

int a=2;
int* p = &a;
cout << *p; // print 2

int b=3;
p = &b;
cout << *p; // print 3

Es ist auch möglich Pointer als Funktionsargument zu nutzen und innerhalb der Funktion den Pointer auf ein anderes Objekt verweisen zu lassen:

int b=42;
void manipulatePointer1(int* p1) {
    p1 = &b;
}
 
int a=2;
int* p = &a;
cout << *p; // print 2

manipulatePointer1(p);
cout << *p; // should print 42, but print 2

So funktioniert es aber nicht. Die Subroutine manipulate1 ändert, worauf der Pointer p1 zeigt. Aber nicht worauf der Pointer p in der aufrufende Routine zeigt. Um das zu erreichen, muss die Adresse des Pointer übergeben werden, statt nur seinen Wert (die Adresse von a). C++ ist eben einen call-by-value Sprache.

int b=42;
void manipulatePointer2(int** p) {
    *p = &b;
}

manipulatePointer2(&p);
cout << *p; // print 42!

Alles klar?

Das Spiel kann man noch weiter treiben und den Pointer durch 3, 4 Funktionen schleusen. Es braucht dafür aber niemals mehr als ein Pointer auf ein Pointer. Da die Adresse des ersten Pointers p, in die Funktionen übergeben wird, und nur diese Adresse wird gebraucht.
Also ein Pointer auf ein Pointer auf ein Pointer ist ein kranker Scheiß, den man nicht nutzen soll.