CppCoreGuidelines P.4 理想情况下，程序应该要静态类型安全

21 December 2021

1. 注意事项

理想情况下，写程序要做到完全的静态（编译期）类型安全。可是，实际开发工作中，也避免不了，比如以下这些情况：

联合体（union）：使用 C++17 的 variant
类型转换（cast）：减少使用，多用模板
数组衰变（array decay）：使用 GSL 的 span
范围错误（range error）：使用 span
收缩转换（narrowing conversion）：减少使用，使用 GSL 中的 narrow_cast

2. 示例

2.1. 联合体

variant 是 C++17 增加的一个功能，用以作为 union 的安全替代。它可以保存模板参数列表中的某一类型的值。

//#include <variant>
variant<int, double, string> var1{1};
cout << "index is: " << var1.index() << endl;
cout << "var1 is int now: " << get<0>(var1) << endl;
var1 = 1.2;
cout << "index is: " << var1.index() << endl;
cout << "var1 is double now: " << get<1>(var1) << endl;
var1 = "kimi.im";
cout << "index is: " << var1.index() << endl;
cout << "var1 is string now: " << get<2>(var1) << endl;

index is: 0
var1 is int now: 1
index is: 1
var1 is double now: 1.2
index is: 2
var1 is string now: kimi.im

2.2. 数组衰变

所谓的数组衰变是指在使用数组的过程中，数组元素类型和长度信息丢失的情况。比如当我们以指针或数值的形式传递数组参数给函数的时候，数组的长度信息就丢失了。

举个例子：

void display_array_from_value(int *p) {
   cout << "以数值形式传递的数组参数，计算的内存占用值为：";
   cout << sizeof(p) << endl;
}
void display_array_from_pointer(int (*p)[10]) {
   cout << "以指针形式传递的数组参数，计算的内存占用值为：";
   cout << sizeof(p) << endl;
}

int main() {
   int arr[10] = {1, 2, };
   cout << "数组实际占用内存空间是：";
   cout << sizeof(arr) << endl;
   display_array_from_value(arr);
   display_array_from_pointer(&arr);
   return 0;
}

数组实际占用内存空间是：40
以数值形式传递的数组参数，计算的内存占用值为：8
以指针形式传递的数组参数，计算的内存占用值为：8

为了避免数组衰变:

可以以指针或数值传递数组参数的同时，传一个数组长度给函数，然后不用 sizeof
或者以引用形式传递数组参数
使用 GSL 的 span

void display_array_from_value_with_size(int *p, size_t sz) {
   cout << "参数传入的内存占用值：";
   cout << sz << endl;
}

void display_array_from_reference(int (&p)[10]) {
   cout << "以数值形式传递的数组参数，计算内存占用值为：";
   cout << sizeof(p) << endl;
}

void display_array_from_span(gsl::span<int> p) {
    for(const auto v: p) {
        cout << v << " ";
    }
}

int main() {
   int arr[10] = {1, 2, };
   cout << "数组实际占用内存空间是：";
   cout << sizeof(arr) << endl;
   display_array_from_value_with_size(arr, sizeof(arr));
   display_array_from_reference(arr);
   display_array_from_span(arr);
   return 0;
}

数组实际占用内存空间是：40
参数传入的内存占用值：40
以数值形式传递的数组参数，计算内存占用值为：40
1 2 0 0 0 0 0 0 0 0

2.3. 范围错误

void access_out_of_range(int *p) {
    cout << p[3] << endl;
}
void pass_span(gsl::span<int> p) {
    cout << p[1] <<endl;
}
int main() {
   int arr[2] = {1, 2};
   access_out_of_range(arr);
   pass_span(arr);
   return 0;
}

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2.4. 收缩转换

gsl::narrow 在收缩转换出错的时候，会异常。

int var1 = -42;
cout << (unsigned int)var1 << endl;
cout << static_cast<unsigned int>(var1) << endl;
cout << gsl::narrow_cast<unsigned int>(var1) << endl;
try {
    cout << gsl::narrow<unsigned int>(var1) << endl;
} catch (gsl::narrowing_error &e) {
    cout << e.what() << endl;
}

char var2 = 10;
cout << (unsigned int)var2 << endl;
cout << static_cast<unsigned int>(var2) << endl;
cout << gsl::narrow_cast<unsigned int>(var2) << endl;
try {
    cout << gsl::narrow<unsigned int>(var2) << endl;
} catch (gsl::narrowing_error &e) {
    cout << e.what() << endl;
}

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std::exception
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