Пара мыслей о геттерах и сеттерах в C++

Эта статья посвящена геттерам и сеттерам в C++. Приношу свои извинения, но речь пойдет не о корутинах. К слову, в ближайшее время появится вторая часть про пулы потоков.

TL;DR: геттеры и сеттеры не очень хорошо подходят для структуроподобных объектов.

Введение

В этой статье я лишь высказываю свое личное мнение, я не преследую цели кого-нибудь обидеть или задеть, я просто собираюсь объяснить, почему и когда стоит или не стоит, использовать геттеры и сеттеры. Буду очень рад любым дискуссиям в комментариях.

Следует сразу прояснить, что когда я говорю о геттере, я подразумеваю функцию, которая просто что-то возвращает, а когда я говорю о сеттере, я подразумеваю функцию, которая просто изменяет одно внутреннее значение, не выполняя никаких проверок или других дополнительных вычислений.

Производительность и геттеры

Допустим, у нас есть простая структура с обычными геттерами и сеттерами:

class PersonGettersSetters {   public:     std::string getLastName() const { return m_lastName; }     std::string getFirstName() const { return m_firstName; }     int getAge() const {return m_age; }          void setLastName(std::string lastName) { m_lastName = std::move(lastName); }     void setFirstName(std::string firstName) { m_firstName = std::move(firstName); }     void setAge(int age) {m_age = age; }   private:     int m_age = 26;     std::string m_firstName = "Antoine";     std::string m_lastName = "MORRIER";     };

Сравним эту версию с версией без геттеров и сеттеров.

struct Person {     int age = 26;     std::string firstName = "Antoine";     std::string lastName = "MORRIER"; };

Она намного лаконичнее и надежнее. Здесь мы не можем, например, верну фамилию вместо имени.

Оба кода полностью функциональны. У нас есть класс Person с именем (firstName), фамилией (lastName) и возрастом (age). Однако предположим, что нам нужна функция, которая возвращает некоторую сводку по конкретному человеку.

std::string getPresentation(const PersonGettersSetters &person) {   return "Hello, my name is " + person.getFirstName() + " " + person.getLastName() +   " and I am " + std::to_string(person.getAge()); }  std::string getPresentation(const Person &person) {   return "Hello, my name is " + person.firstName + " " + person.lastName + " and I am " + std::to_string(person.age); }

Версия без геттеров выполняет эту задачу на 30% быстрее, чем версия с геттерами. Почему? Из-за возврата по значению в геттере. При возврате по значению создается копия, что снижает производительность. Давайте сравним производительность person.getFirstName(); и person.firstName.

Как видите, прямой доступ к полю имени без геттера эквивалентен noop.

Геттер по константной ссылке

Однако можно использовать возврат не по значению, а по ссылке. Так образом мы получим такую ​​же производительность, как и без использования геттеров. Обновленный код будет выглядеть так:

class PersonGettersSetters {   public:     const std::string &getLastName() const { return m_lastName; }     const std::string &getFirstName() const { return m_firstName; }     int getAge() const {return m_age; }          void setLastName(std::string lastName) { m_lastName = std::move(lastName); }     void setFirstName(std::string firstName) { m_firstName = std::move(firstName); }     void setAge(int age) {m_age = age; }   private:     int m_age = 26;     std::string m_firstName = "Antoine";     std::string m_lastName = "MORRIER";     }; 

Так как мы получаем ту же производительность, что и в лаконичной версии, мы можем на этом успокоиться, не так ли? Прежде чем отвечать на этот вопрос, попробуйте выполнить этот код.

PersonGettersSetters make() {     return {};    }  int main() {     auto &x = make().getLastName();           std::cout << x << std::endl;          for(auto x : make().getLastName()) {         std::cout << x << ",";        } }

Вы можете заметить некоторые странные символы, выведенные в консоли. Но почему? Что произошло, когда мы сделали make().getLastName()?

1. Вы создаете экземпляр Person.

2. Вы получаете ссылку на фамилию.

3. Вы удаляете экземпляр Person.

И вот у нас есть висячая ссылка! Это может привести к крашам (в лучшем случае) или чему-то еще более худшему, чему-то, что можно найти только в фильмах ужасов.

Чтобы предупредить это, мы должны ввести ref-qualified функции.

class PersonGettersSetters {   public:     const std::string &getLastName() const & { return m_lastName; }     const std::string &getFirstName() const & { return m_firstName; }          std::string getLastName() && { return std::move(m_lastName); }     std::string getFirstName() && { return std::move(m_firstName); }          int getAge() const {return m_age; }          void setLastName(std::string lastName) { m_lastName = std::move(lastName); }     void setFirstName(std::string firstName) { m_firstName = std::move(firstName); }     void setAge(int age) {m_age = age; }        private:     int m_age = 26;     std::string m_firstName = "Antoine";     std::string m_lastName = "MORRIER";     };

Вот новое решение, которое будет работать везде. Вам нужно два геттера. Один для lvalue и один для rvalue (как xvalue, так и для prvalue).

Проблемы с сеттерами

Тут особо нечего сказать. Если вы хотите добиться максимальной производительности, вы должны написать один сеттер, который принимает lvalue, и один, который принимает rvalue. Однако, как правило, достаточно иметь всего один сеттер, который принимает перемещаемое значение. Тем не менее, вам придется расплатиться за это дополнительным move. Однако таким образом у вас не получится производить небольшие изменения в переменных. Вы должны заменять всю переменную целиком. Если вы просто хотите заменить одну букву A в имени на D, то вы не сможете сделать это с помощью сеттеров. Однако с помощью прямого доступа так делать можно.

А как насчет иммутабельных переменных?

Кто-то может посоветовать вам просто сделать атрибут члена const. Однако меня это решение не устраивает. Создание константы предотвратит move-семантику и приведет к ненужному копированию.

У меня нет волшебного решения, которое я мог бы предложить вам прямо сейчас. Тем не менее, мы можем написать обертку, которую мы можем назвать immutable<T>. Эта обертка должна быть:

1. Constructible

2. Так как она immutable, она не должна быть assignable

3. Она может быть copy constructible или move constructible

4. Она должна быть конвертируемой в const T&, будучи lvalue

5. Она должна быть конвертируемой в T, будучи rvalue

6. Она должна использоваться, как и другие оболочки, с помощью оператора * или оператора ->.

7. Получить адрес базового объекта должно быть легко.

Вот небольшая реализация:

#define FWD(x) ::std::forward<decltype(x)>(x)  template <typename T> struct AsPointer {     using underlying_type = T;     AsPointer(T &&v) noexcept : v{std::move(v)} {}     T &operator*() noexcept { return v; }     T *operator->() noexcept { return std::addressof(v); }     T v; };  template <typename T> struct AsPointer<T &> {     using underlying_type = T &;     AsPointer(T &v) noexcept : v{std::addressof(v)} {}     T &operator*() noexcept { return *v; }     T *operator->() noexcept { return v; }     T *v; };  template<typename T> class immutable_t {   public:     template <typename _T>     immutable_t(_T &&t) noexcept : m_object{FWD(t)} {}      template <typename _T>     immutable_t &operator=(_T &&) = delete;      operator const T &() const &noexcept { return m_object; }     const T &operator*() const &noexcept { return m_object; }     AsPointer<const T &> operator->() const &noexcept { return m_object; }      operator T() &&noexcept { return std::move(m_object); }     T operator*() &&noexcept { return std::move(m_object); }     AsPointer<T> operator->() &&noexcept { return std::move(m_object); }      T *operator&() &&noexcept = delete;     const T *operator&() const &noexcept { return std::addressof(m_object); }      friend auto operator==(const immutable_t &a, const immutable_t &b) noexcept { return *a == *b; }      friend auto operator<(const immutable_t &a, const immutable_t &b) noexcept { return *a < *b; }    private:     T m_object; };

Таким образом, для иммутабельного объекта Person вы можете просто написать:

struct ImmutablePerson {     immutable_t<int> age = 26;     immutable_t<std::string> firstName = "Antoine";     immutable_t<std::string> lastName = "MORRIER"; };

Заключение

Я бы не сказал, что геттеры и сеттеры — это зло. Однако, когда вам не нужно делать что-либо еще в геттере и сеттере, достижение максимальной производительности, безопасности и гибкости подводит вас к написанию:

• 3-х геттеров (или даже 4-х): const lvalue, rvalue, const rvalue и, по вашему усмотрению, для неконстантного lvalue (даже если это уже просто очень странно звучит, так как проще использовать прямой доступ)

• 1 сеттер (или 2, если вы хотите выжать максимальную производительность).

Это по большому счету шаблон, который подходит практически для всего.

Некоторые люди могут вам сказать, что геттеры и сеттеры обеспечивают инкапсуляцию, но это не так. Инкапсуляция — это не просто делать атрибуты приватными. Речь идет о сокрытии внутренностей от пользователей, а в структуроподобных объектах вы редко хотите что-либо скрывать.

Мой совет: когда у перед вами структуроподобный объект, просто не используйте геттеры и сеттеры, а используйте публичный/прямой доступ. Проще говоря, если вам не нужен сеттер для поддержания инвариантности, вам не нужен приватный атрибут.

PS: Для людей, которые используют библиотеки с поверхностным копированием, влияние на производительность менее важно. Однако вам все равно нужно написать 2 функции вместо 0. Не забывайте, что чем меньше кода вы напишете, тем меньше будет ошибок, проще поддерживать и легче читать этот самый код.

Ну а что думаете вы? Используете ли вы геттеры и сеттеры? И почему?

---

Перевод материала подготовлен в рамках курса «C++ Developer. Basic». Всех желающих приглашаем на двухдневный онлайн-интенсив «HTTPS и треды в С++. От простого к прекрасному». В первый день интенсива мы настроим свой http-сервер и разберем его что называется «от и до». Во второй день произведем все необходимые замеры и сделаем наш сервер супер быстрым, что поможет нам понять на примере, чем же все-таки язык С++ лучше других. Регистрация здесь