GeekBand C++ 第二周

7.三大函数：拷贝构造，拷贝赋值，析构

String s3(s1);//拷贝构造函数（s3刚刚出现）
String s4 = s1;//这种情况也是拷贝构造(虽然用的'='，但是S4刚刚出现)
s3 = s2;//拷贝赋值（s3已经出现）

无指针的类，不需要写拷贝构造和拷贝赋值。类内带指针，一定要写拷贝构造和拷贝赋值，不能用编译器自动生成的。

• 构造函数，参数类型是自身类型，则为拷贝构造函数。
• 拷贝赋值，重载=操作符，参数类型是自身类型。
• 和构造函数名称相同，前面加~，是析构函数，当类的对象死亡的时候，析构函数会被调用。

构造函数

inline
String::String(const char* cstr = 0)
{
  if(cstr){
    m_data = new char[strlen(cstr) + 1];
    strcpt(m_data, cstr);
  }else{
    m_data = new char[1];
    *m_data = '\0';
  }
}

• c语言 字符串，以'\0'结尾，字符串长度，以'\0'标记来计算。另一种在字符串的前面有长度标示，后面没有结束符。
• 字符串长度为0，也要用一个字符，来保存'\0'，为了析构函数统一析构，一个字符用 new char[1] 来创建。
• 当字符串长度不为0，则用strlen()计算出长度+1，用来保存最后的'\0'。

析构函数

inline
String::~String(){
    delete[] m_data;//array delete配合 array new
}

• 析构函数的作用，清理，cleanup。
• 离开作用域时要释放内存。

big three
class with pointer members 必须有 copy ctor 和 copy operator=。如果没有使用，则极易造成内存泄露，且两个类中的指针指向同一块内存，改变A，则B也被改变。

copy ctor
inline
构造函数，接受参数类型为本身，则为拷贝构造函数。
深拷贝：首先创造足够的空间，然后把内容拷贝到新的对象中。
浅拷贝：则会造成两个‘人’在‘看’同一个东西。

copy assignment operator 拷贝赋值函数
右边的对象拷贝的左边，左右两边原本都有内容

• 1.首先要清空左边。
• 2.然后在左边分配和右边一样的空间。
• 3.再把右边的内容拷贝到左边。
• 4.特别要注意，要检测自我赋值，如果不检测，则自身在拷贝之前就被干掉了，造成内存错误。如果检测到自我赋值，则直接返回。不单单是为了效率，更是为了安全。

8.堆，栈与内存管理

8.1.Stack和Heap

Stack

是存在于某作用于（scope）的一块内存空间（memory space）。调用函数时，函数本身即会形成一个stack用来放置它所接收的参数，以及返回地址，以及local object。

Heap

是由操作系统提供的一块global内存空间，程序可以动态分配从其中获得若干区块，new出来的，必须手动delete掉。

stack objects的生命周期

stack object，即为local object，又称为 auto object，生命在作用域结束之后就结束了。对象的析构函数会被调用。

static local objects的生命周期

static object，其生命在作用域结束后仍然存在，直到整个程序结束。

global objects的生命周期

任何写在大括号之外的对象，其生命在main函数之前就存在，在程序结束之后才结束，作用域是“整个程序”。

heap objects的生命周期

new得到的对象，在使用完毕之后要delete掉。如果没有delete，则会造成内存泄露。

8.2 new delete

new：先分配memory，再调用ctor

Complex *pc = new Complex(1, 2);

编译器把new分解为三个动作：

• 1.分配内存 void* mem = operator new(sizeof(Complex)); // 内部调用malloc(n);
• 2.转型pc = static_cast(mem);
• 3.构造函数pc->Complex::Complex(1,2); // 其实际参数列表为 Complex::Complex(pc, 1, 2);

delete：先调用dtor，在释放memory

String *ps = new String("Hello");
...
delete ps;

编译器把delete分解为两个动作：

• 1.析构函数 String::~String(ps); // 析构函数会delete掉String类内部动态分配的空间
• 2.释放内存 operator delete(ps); // 其内部调用free(ps)；

共计两次delete。

8.3 动态分配所得的内存块(memory block)

1.动态分配所得的对象

1.Complex *pc = new Complex(1, 2);

在debug模式下，class的前面有32字节，后面有4字节，前后cooky各4字节，cooky为0x41，共计:

8+(32+4)+(4*2)=52 -> 64

在release模式下，class本身8个字节，前后cooky各4个字节，cooky为0x11，共计：

8+(4*2)=16 -> 16

上下cooky的作用，记录整块给你的大小。采用16进制，如果是0，则代表系统回收，如果是1，则代表系统给出。在vs的编译器下，给的内存的大小为16的倍数，所以cooky在16进制时最后一位一直为0，所以可以用来标记内存的方向。

2.String *ps = new String("Hello");

在debug模式下，cooky为0x31，共计：

4+(32+4)+(4*2)=48 -> 48

在release模式下，cooky为0x11，共计：

4+(4*2)=12 -> 16

2.动态分配所得的 array

array new 要搭配 array delete，不然会出错。

1.Complex *p = new Complex[3];

在debug模式下，cooky为0x51，共计：

(8*3)+(32+4)+(4*2)+4=72 -> 80

在release模式下，cooky为0x31，共计：

(8*3)+(4*2)+4=36 -> 48

2.String *p = new String[3];

在debug模式下，cooky为0x41，共计：

(4*3)+(32+4)+(4*2)+4=60 -> 64

在release模式下，cooky为0x31，共计：

(4*3)+(4*2)+4=24 -> 32

3.array new 一定要搭配 array delete

String *p = new String[3];
...
delete[] p; // 调用3次dtor

memory	解释
21h	cooky记录内存大小
3	数组的大小
String[0]	调用dtor
String[1]	调用dtor
String[2]	调用dtor
000000000(pad)	填充内存
21h	cooky记录内存大小

String *p = new String[3];
...
delete p; // 调用1次dtor

memory	解释
21h	cooky记录内存大小
3	数组的大小
String[0]	调用dtor
String[1]	未调用dtor
String[2]	未调用dtor
000000000(pad)	填充内存
21h	cooky记录内存大小

对比发现，整块的内存并没有发生内存泄露，因为整块内存的大小记录在cooky当中。如果没有写array delete而写的是delete，编译器不知道下面有几个对象，因此只有第一个也就是String[0]调用了dtor，其余的对象并没有调用dtor。当调用玩dtor之后，再释放掉整块的内存。由此可以发现，如果此时的例子是Complex类的话，那么由于类内部没有指针，所以即使用array new，但没用array delete，也不会产生内存泄露。

但是在写代码时，我们应养成好的编码习惯，array new 一定要搭配 array delete。

9.复习String类的实现

• 1.防卫式声明

  #ifndef _MYSTRING_
  #define _MYSTRING_
  class String{
  ...
  };
  #endif
  

• 2.如何去定义内部变量
  • 放数组，但是数组的大小无法确定。
  • 放指针，当需要时，动态分配(new)字符串的大小,在32位的系统中，一个指针是4byte,放在private中。

    char *m_data;
    

• 3.ctor，放在public；

  String(const char* cstr = 0);
  

  • 只是接受字符串，不会改变，要加上const。
• 4.class with point member：
  • copy ctor:

    String(cosnt String& str);
    

  • copy assignment operator:

    String& operator=(const String& str);
    

    • 对于copy ctor 和copy assignment函数，不会改变被拷贝的对象，所以要加上const。
    • 返回拷贝的对象，因为返回结果不是放在local object中，目标本来存在，因此使用return by reference。
  • dtor:

    ~String();
    

• 5.辅助函数
  • 为了能够cout字符串，因此需要一个函数能够取出String类中的字符串。

    char* get_c_str() cosnt { return m_data; }
    

  • 因为函数简单，直接使用inline的方式。因为不会改变对象的成员变量，因此需要加上const。
• 6.ctor，copy ctor，copy assignment 都不需要加const
• 7.ctor和dtor
  • ctor

    inline //建议编译器
    String::String(cosnt char* cstr = 0){
        if(cstr){
            //以下两个函数为C函数，需要相应头文件
            m_data = new char[strlen(cstr) + 1];
            strcpy(m_data, cstr);
        }else{
            m_data = new char[1];
            *m_data = '\0';
        }
    }
    

  • dtor

    inline //建议编译器
    String::~String(){
        delete[] m_data;
        //由于ctor使用了array new，因此这里也要使用array delete   
    }
    

  • copy ctor

    inline
    String::String(cosnt String& str){
        m_data = new char[strlen(str.m_data) + 1];
        strcpy(m_data, str.m_data);
    }
    

    • inline只是建议，不能inline的话也没关系。
  • copy assignment operator

    inline
    String& String::operator= (cosnt String& str){//此时&为reference
        //首先判断是否自我赋值,不单单是效率问题，更是正确与否的问题。
        if(this == &str)//此时的&为取地址
            return *this;
            
        //在进行拷贝赋值
        delete[] m_data;
        m_data = new char[strlen(str.m_data) + 1];
        strcpy(m_data, str.m_data);
        return *this;
        //传出去值不在乎用何种方式接受
    }
    

    • 关于返回值，当不需要连续赋值时，则不需要返回值，当需要连续赋值时，则需要返回值。

    String s1, s2, s3("Hello");
    s1 = s2 = s3;
    

10.扩展补充：类模板，函数模板及其他

1.static

Class complex{
public:
    double real() const{
    return this->re;
    }
private:
    double re;
    double im;
};

• C++的习惯写法

complex c1, c2, c3;
cout << c1.real();
cout << c2.real();

• 从C的角度考虑完成同上功能的写法

complex c1, c2 ,c3;
cout << complex::real(&c1);
cout << complex::real(&c2);

同一个函数real(),之所以能处理不同对象的数据，靠的就是this point。

static data members 在内存的单独位置，有且只有一份。

static member functions
同样在内存的单独位置，函数本身也仅仅只有一份。但是跟一般的成员函数有个区别，它没有this point。它只能去处理静态的数据。

静态的变量，在类的内部只是生命，需要在类外部定义。类型 类名称::变量名（初始化操作）;

调用静态函数的方法有两种：

• 1）通过object调用。但是this指针不会被作为参数传入函数中。
• 2）通过class name调用。

单例模式，把ctors放在private区域。

class A{
public:
    static A& getInstance(){ return a; }
    setup()
private:
    A();
    A(const A& rhs);
    static A a;
    ...
};
A::getInstance().setup();

外界想要使用a，只能用过：getInstance()获得。

meyers Singleton：

class A{
public:
    static A& getInstance()；
    setup()
private:
    A();
    A(const A& rhs);
    ...
};

A& A::getInstance(){
    static A a;
    return a;
}

当外界不需要使用这个类时，a不会被创建，只有当外界需要使用这个类，调用了getInstance()函数，a才会被创建。

2.关于cout

查看标准库ostream代码，重载了很多的operator<<

ostream

3.class template，类模板

在类的前面加上：

template
class complex{
...
};

用T吧具体的类代替，当实际使用时，根据实际的需要，生成具体的类代码。

{
    complex c1(2.5, 1.5); //用double代替T生成一份类的代码
    complex c2(2, 6); //用int代替T生成一份类的代码
    
}

4.function template，函数模板

template
inline
const T& min(const T& a, const T& b){
    retuen a < b ? a : b;
}

所有比较大小都是这么操作，因此可以使用函数模板。实际比较时如何去比较，则依赖于需要比较大小的类。类似于这种函数，称之为算法。

{
    complex c1(1, 2), c2(3, 4), c3;
    c3 = min(c1, c2);//当调用min()函数时，编译器会进行实参推导(argument deduction)，不必再使用的时候指定类型。
}

5.namespace

避免全局变量，函数以及类的同名，则需要namespace，如果每个人自己顶一个namespace，则不会造成冲突。

• using directive

  using namespace std;
  {
    cin >> ...;
    cout << ...;
  }
  

• using declaration

  using std::cout;
  {
    std::cin >> ...;
    cout << ...;
  }
  

• not use

  {
    std::cin >> ...;
    std::cout << ...;
  }
  

6.更多的细节，仍需努力

仍需努力的部分