GeekBand.重学C++(1)

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0x01. 关于头文件

头文件保护

头文件保护，是为了避免重复包含头文件中的声明和定义，导致重定义错误或者编译器找不到定义内容。头文件保护有两种方式：#define 和 #pragma onece

前者的优点是

• 不仅能够保证同一个文件不被包含多次
• 还能保证内容完全相同的两个文件不被包含多次；
• 宏定义是语言相关的，移植性好

缺点是

• 依赖于宏名称不冲突，宏名称冲突会导致头文件存在，编译器却找不到声明。但是可以通过以下宏命名方式避免宏名称冲突：

#ifndef _PROJECT_PATH_FILE_H_ 
#define _PROJECT_PATH_FILE_H_ 
#endif

• 效率相对较慢，包含头文件时，只能打开头文件，才能根据保护宏是否已经定义来确定其内容是否已经包含

后者的优点是

• 不必担忧宏名称冲突带来的难以查找的编译问题，能够保证同一个文件不被重复包含
• 效率高，不用打开头文件，就可以判断该头文件是否已经包含

缺点是

• 不能保证内容相同的多个头文件（比如头文件的多个拷贝）不被重复包含，这会导致重定义错误，但是重定义错误会比宏名称冲突带来的编译错误更容易发现和改正
• 平台相关，可移植性差，不过大多数编译器都支持（包括 Clang, GCC, the Intel C++ compiler and MSVC）

头文件包含顺序

按照一定的规则来包含不同的头文件，可以有效的减少隐藏依赖，增强代码即可读性。

• 按照 Google Style 头文件包含顺序如下：
  1. 与 .cpp 直接相关的头文件. 如，dir2/foo2.cpp 首先包含dir2/foo2.h 头文件
  2. C 库的头文件
  3. C++ 库的头文件
  4. 其他库的 .h
  5. 本项目内其它的 .h
• 项目内头文件应按照项目源代码目录树结构排列, 避免使用 UNIX 特殊的快捷目录 . (当前目录) 或.. (上级目录)
• 还可以在此基础上按照字幕顺序或者目录顺序排列

0x02. 类的设计

C++ 中的类，大致可以分为两种：含指针成员的类和不含指针成员的类；类与类之间的关系主要有：继承、组合、委托
下面是设计一个类时应该考虑到的方面：

• 数据成员

  • 数据成员是对事物的属性的抽象
  • 数据成员的类型是否合适，比如表示国家人口数量的变量用 int 还是 int64_t 才能保证足够的表示范围?
  • 数据成员的访问限制应该是 public、protected 还是 private ?

注:表示64位整形的类型

• C++11 标准, stdint.h 头文件中定义了 int64_t，可用于 GCC/G++ 和 MSVC 编译器，没有平台限制
• 也可以使用 long long， 同样没有平台限制
• Windows 下 MSVC 中还可以使用 __int64

• 构造函数

  • 名称与类名相同，没有返回值
  • 构造函数可以使用初始化列表来初始化数据成员
  • 编译器默认会定义无参构造函数
  • 构造函数可以重载：需要以哪几种方式来创建类的对象？
  • Private 构造函数，还是 Public？Private 构造函数通常用于单例模式中

注：

• 如果定义了有形参的构造函数，则编译器不会定义默认的无参构造函数。此时，Date t; Date* dateArray = new Date[2]; 以及 std::vector vDate(2);这种需要调用无参构造函数的语句会出现找不到合适构造函数的错误。

• 以 String str(); 的方式创建对象，编译器会认为是声明了一个返回类型为 String，没有形参，函数名为 str 的函数。应该写成 String str;

• 拷贝构造函数、赋值操作符、析构函数

  • 如果不自定义这三个函数，编译器会生成一份默认的，其中默认的拷贝构造函数和赋值操作符只是对类对象内存做拷贝
  • 当函数内有指针成员时，考虑深拷贝，就需要定义自己的拷贝构造函数和赋值操作符，以及自己的析构函数用来释放指针指向的内存空间
  • 类可能作为基类被继承时，需要定义虚析构函数
  • 赋值操作符：需要考虑拷贝自身的情况

• 其他成员函数

  • 返回值，返回值还是返回引用或者指针？不能返回函数体内临时栈变量的引用和地址
  • 函数是否需要改变调用对象的成员？不需要应该加上 const
  • 函数形参列表，使用值传递，还是指针、引用？ 对于比较大的类对象，使用指针或者引用，可以节省栈空间，加快函数调用的速度；char int可以使用值传递，因为 32bit 机器上指针占用内存大小与 int 一样为 4 字节。
  • 是否加上 inline 修饰？ 短小频繁调用的函数，作为内联函数，可以省去函数调用的开销；在类声明中定义的成员函数默认声明为内联函数；inline 只能建议编译器将函数作为内联函数处理
  • 操作符重载：形参列表只有一个 const 引用，还有一个隐藏的 this 指针；const 函数；

指针与引用比较

• 在 32 位机器上，指针占用 4 字节内存；引用不额外占用内存，引用的大小表示所指向对象的大小
• 指针可以为空，引用不能为空
• 指针可以不指向任何对象，指向的地址可以修改；引用定义时必须初始化，并且初始化之后所引用的对象不可改变
• 函数调用的时候，形参是指针，容易漏掉取地址运算符 &；引用比较自然，直接写对象名即可
• = ++ -- 等操作符，作用在指针上，是针对指针本身运算；作用在引用上，是针对引用的对象运算

内联函数与宏定义的比较

• 内联函数会对参数进行类型安全检查，宏定义不会
• 内联函数可以访问类对象的成员，宏定义不可以

函数重载

• 返回值类型、形参是否有默认值和 static 修饰，不参与函数重载

• 形参列表和const 修饰参与

• 友元类、友元函数

  • 友元可以访问私有/保护成员，速度比成员函数访问快
  • 相同 class 的对象之间，互为友元

• 是否需要抽象成模板类？

• 需要哪些前置声明？

0x03. 查看编译后的符号表

• Visual Studio 查看方式: 在VS命令提示环境中使用 DUMPBIN /SYMBOLS *.obj; 查看 Dll 文件的导出表，则用 DUMPBIN /EXPORTS filename.dll
• LINUX 中 GCC/G++ 查看方式: nm execfilename

0x04. 生成随机数

• Linux 下，按字节读取 /dev/random
• Windows 下，使用 C 库中的 srand()/rand()
  • rand() 返回值的上限，参考RAND_MAX，默认是0x7FFF
  • 种子相同则产生的随机数也会相同，通常使用时间最为随机因子：srand(time(NULL));。但是 time()返回的时间指精确到秒，而如果循环语句中获取随机数，可能循环结束，用时还不超过 1s，造成获取的随机数全部相同。

#include 
using std::cout;
using std::endl;
#include        /* time */

//生成随机数
int GetRandom(int min, int max)
{
 
 if (min > max)
 {
 int temp = min;
 min = max;
 max = temp;
 }
 int diff = max - min;
 
 srand(time(NULL));
 return min + (rand() % diff);
}

int main()
{
 for (int i = 0; i < 20; i++)
 {
 cout << GetRandom1(1, 10) << " ";
 }
 cout << endl;
 getchar();
}

运行结果如下：

time() 作为随机因素

}

一个可行的解决方法是，使用上一次生成的随机数，作为下一次的种子：

//生成随机数
int GetRandom(int min, int max)
{
 
 if (min > max)
 {
 int temp = min;
 min = max;
 max = temp;
 }
 int diff = max - min;
 
 //time() 只能精确到秒，而循环用时都不超过1s
 //种子相同，随机数也会相同
 //这里用上一次产生的随机数，作为下一次调用的种子
 static time_t seed = time(NULL);
 srand(seed);
 seed = rand();
 return min + (seed % diff);
}

运行结果如下：

上一次生成的随机数作为随机因素

Windows 下生成随机性更好的随机数方法是使用 CryptGenRandom():

unsigned int GetRandom2(int min, int max)
{
 if (min > max)
 {
 int temp = min;
 min = max;
 max = temp;
 }
 int diff = max - min;
 
 HCRYPTPROV hProvider = 0;
 if (!CryptAcquireContext(&hProvider, NULL, NULL,
 PROV_RSA_FULL, 
 CRYPT_VERIFYCONTEXT | CRYPT_SILENT) )
 {
 cout << "Error during CryptAcquireContext!" << endl;
 return -1;
 }
 
 const unsigned int len = 4;
 unsigned int random;
 if (!CryptGenRandom(hProvider, len, (BYTE*)&random))
 {
 ::CryptReleaseContext(hProvider, 0);
 cout << "CryptGenRandom error" << endl;
 return -1;
 }
 cout << random << endl;
 
 if (!CryptReleaseContext(hProvider, 0))
 {
 cout << "CryptReleaseContext error" << endl;
 return -1;
 }
 return (min + random % diff);
}

运行结果如下：

使用 CryptGenRandom