More Effective C++ 条款04：非必要不提供默认构造函数

More Effective C++ 条款04：非必要不提供默认构造函数

核心思想：默认构造函数并非总是必要的，在某些情况下，强制要求对象在构造时提供必要参数可以创造更安全、更健壮的接口设计，避免对象处于无效状态。

🚀 1. 默认构造函数的利弊分析

1.1 默认构造函数的优势：

• 便于创建数组和标准库容器
• 简化某些模板代码
• 支持某些序列化框架

1.2 默认构造函数的劣势：

• 可能允许创建处于无效状态的对象
• 掩盖了对象的必要初始化要求
• 增加了接口的模糊性

1.3 问题代码示例：

// ❌ 有问题设计：提供默认构造函数但对象可能无效
class Employee {
public:Employee();  // 默认构造Employee(int id, const std::string& name);void setID(int id);void setName(const std::string& name);bool isValid() const;  // 需要检查对象是否有效private:int id_;std::string name_;
};// 使用时的风险
Employee emp;  // 创建了无效对象
// 必须记得调用setter方法，否则对象无效

📦 2. 何时避免默认构造函数

2.1 必需参数缺失时对象无意义的情况：

// ✅ 更好设计：强制提供必要参数
class NetworkConnection {
public:// 没有默认构造函数！NetworkConnection(const std::string& address, int port);~NetworkConnection();void sendData(const void* data, size_t size);void receiveData(void* buffer, size_t size);private:std::string address_;int port_;// 连接状态等必需信息
};// 使用：必须提供有效参数
NetworkConnection conn("192.168.1.1", 8080);  // ✅ 有效对象
// NetworkConnection badConn;  // ❌ 编译错误：没有默认构造函数

2.2 不同构造场景的解决方案对比：

⚖️ 3. 解决方案与替代方案

3.1 处理必须使用默认构造的场景：

// 方案1：使用指针数组替代对象数组
class Employee {
public:Employee(int id, const std::string& name); // 没有默认构造private:int id_;std::string name_;
};// 创建数组的替代方案
void createEmployeeArray() {// ❌ 不能这样：Employee employees[5];// ✅ 替代方案1：使用指针Employee* employees[5] = {nullptr};employees[0] = new Employee(1, "Alice");// ... 记得手动删除// ✅ 替代方案2：使用vector和emplacestd::vector<Employee> employees;employees.reserve(5);  // 预分配空间employees.emplace_back(1, "Alice");  // 原地构造employees.emplace_back(2, "Bob");// ✅ 替代方案3：使用optional包装std::array<std::optional<Employee>, 5> employeeArray;employeeArray[0] = Employee(1, "Alice");
}

3.2 设计模式应用：

// 方案2：使用工厂模式
class EmployeeFactory {
public:static std::unique_ptr<Employee> create(int id, const std::string& name) {return std::make_unique<Employee>(id, name);}// 如果需要"空"对象，提供明确的无效状态static std::unique_ptr<Employee> createInvalid() {// 返回明确标记为无效的对象return std::make_unique<Employee>(-1, "INVALID");}
};// 方案3：使用建造者模式
class EmployeeBuilder {
public:EmployeeBuilder& setId(int id) { id_ = id; return *this; }EmployeeBuilder& setName(const std::string& name) { name_ = name; return *this; }Employee build() const {if (id_ < 0 || name_.empty()) {throw std::invalid_argument("Missing required fields");}return Employee(id_, name_);}private:int id_ = -1;std::string name_;
};// 使用建造者模式
Employee emp = EmployeeBuilder().setId(123).setName("Alice").build();

💡 关键实践原则

1. 优先考虑对象有效性
   确保对象在构造后立即处于有效状态：

   // ✅ 好设计：构造即有效
   class Date {
   public:Date(int year, int month, int day);  // 验证参数有效性// 没有默认构造函数 - 日期不能"空"
   private:int year_, month_, day_;
   };// ❌ 坏设计：允许无效状态
   class BadDate {
   public:BadDate();  // 创建无效日期// 需要额外方法设置值，期间对象无效
   };
   

2. 明确表达设计意图
   通过构造函数设计传达业务规则：

   // 业务规则：每个银行账户必须有关联客户
   class BankAccount {
   public:// 强制要求客户信息，避免"无主"账户BankAccount(const Customer& owner, double initialDeposit = 0.0);// 没有默认构造函数！
   };
   

3. 提供清晰的错误信息
   当缺少必需参数时，在编译期就发现问题：

   // 编译错误比运行时错误更容易发现和修复
   // BankAccount account;  // ❌ 编译错误：没有默认构造函数
   BankAccount account(customer, 100.0);  // ✅ 明确且安全
   

现代C++增强：

// 使用Concept约束模板要求
template<typename T>
concept DefaultConstructible = requires {T::T();  // 要求默认构造函数
};// 对于需要默认构造的模板，明确要求
template<DefaultConstructible T>
class Container {// 只能使用有默认构造的类型
};// 使用std::optional处理可能缺失的值
#include <optional>class Configuration {
public:Configuration(const std::string& configPath);  // 必需参数// 但有时可能需要延迟初始化static std::optional<Configuration> fromFile(const std::string& path) {if (/* 文件存在 */) {return Configuration(path);}return std::nullopt;  // 明确表示缺失}
};// 使用std::variant表示多种状态
#include <variant>struct Uninitialized {};
struct Initialized { /* 数据成员 */ };class StatefulObject {
public:StatefulObject() : state_(Uninitialized{}) {}void initialize(const RequiredParams& params) {state_ = Initialized{params};  // 转移到初始化状态}private:std::variant<Uninitialized, Initialized> state_;
};

代码审查要点：

1. 检查每个默认构造函数，确认其创建的对象的有效性
2. 验证是否有类在缺少必需信息时仍提供了默认构造
3. 确认数组和容器使用场景都有适当的替代方案
4. 确保业务规则在构造函数设计中得到正确体现

总结：
默认构造函数并非总是必要的设计选择。在许多情况下，避免提供默认构造函数可以创建更安全、更明确的接口，强制使用者在对象构造时提供所有必要信息，从而确保对象始终处于有效状态。虽然这会增加某些使用场景的复杂性（如数组创建、标准库容器使用），但通过智能指针、工厂模式、建造者模式以及现代C++特性如std::optional和std::variant，可以优雅地解决这些问题。在设计类时，应该优先考虑对象的有效性和接口的明确性，而不是为了便利性而提供可能创建无效对象的默认构造函数。