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C++ 函数的黑暗面：代码重构陷阱与技巧

函数 c++
227 2025-03-31

C++ 函数重构陷阱包括堆污染、悬垂指针、数据竞争、无意间拷贝。重构技巧包括使用容器、智能指针、同步机制和引用传递。实战案例演示了重构购物车系统，解决了重复计数和低效率问题。

C++ 函数的黑暗面：代码重构陷阱与技巧

陷阱 1：堆污染

堆污染是指意外地向堆中写入错误的内存地址。例如：

int *arr = new int[10]; // 分配 10 个整数的内存
delete arr[2]; // 仅删除数组的第 3 个元素

这会导致堆污染，因为 arr + 2 的地址不再指向有效的内存。

提示：使用 std::vector 等容器，以避免手动管理内存。

陷阱 2：Dangling Pointers

Dangling Pointers 指向已销毁对象的指针。例如：

class MyClass { /* ... */ };

void foo() {
  MyClass *obj = new MyClass();
  delete obj; // 在此处销毁 obj
  // 后续使用 obj，导致未定义的行为
}

提示：使用智能指针（如 std::unique_ptr），以自动管理指针的生命周期。

陷阱 3：数据竞争

当多个线程同时访问共享数据时，可能会发生数据竞争。例如：

int shared_data; // 共享数据

void thread1() {
  shared_data = 1; // 线程 1 修改数据
}

void thread2() {
  while (shared_data == 0) { /* ... */ } // 线程 2 等待数据
}

提示：使用互斥量或锁机制来同步对共享数据的访问。

陷阱 4：无意间拷贝

在 C++ 中，对象在被传递给函数时会默认进行拷贝。这可能会导致效率低下和不必要的行为。例如：

struct ExpensiveObject { /* ... */ };

void foo(ExpensiveObject heavy) { /* ... */ }

int main() {
  ExpensiveObject eo;
  foo(eo); // eo 被拷贝，导致性能损失
}

提示：使用引用（而不是值传递）来避免不必要的拷贝。

实战案例：重构一个商品购物车系统

考虑以下问题场景：

// 原始代码
class ShoppingCart {
public:
  void addItem(const std::string& name, int qty);
  int getTotalQuantity();
private:
  std::vector<std::pair<std::string, int>> items;
};

这段代码存在几个问题：

addItem 方法允许添加具有相同名称的多个项目，这可能会导致不准确的计数。
getTotalQuantity 方法需要遍历整个项目向量，这对于大量项目而言效率低下。

重构后的代码：

// 重构代码
class ShoppingCart {
public:
  void addItem(const std::string& name, int qty);
  int getTotalQuantity();
private:
  std::unordered_map<std::string, int> items;
};

// addItem
void ShoppingCart::addItem(const std::string& name, int qty) {
  items[name] += qty;
}

// getTotalQuantity
int ShoppingCart::getTotalQuantity() {
  int total = 0;
  for (auto& item : items) {
    total += item.second;
  }
  return total;
}

重构后的代码解决了原始代码中的问题：