C++系列-基础

数据类型

基本类型

• 整型(int) 4字节
• 单精度浮点型(float) 4字节
• 双精度浮点型(double) 8字节
• 布尔型(bool) 1字节
• 字符型(char) 1字节
• 无类型(void)
• 宽字符型(wchar_t) 2或4字节 typedef short int wchar_t;

扩展类型

• 枚举类型(enum)
• 结构体(struct)
• 联合体(union)

基本类型可以使用一个或多个修饰符进行修饰，如：signed unsigned short long

• signed和unsigned不改变类型空间大小
• short修饰占用空间为2个字节
• long增加为2倍字节大小
• 可以使用sizeof()获取字节长度，但是需要清楚了解每个大小，面试经常问

枚举类型

限定作用域

enum class open_modes {input, output, append};

不限定作用域

enum color{red, yellow, green};
enum {floatPrec = 6, doublePrec = 10};

结构体

struct和typedef struct

typedef struct Student {
    int age;
} S;

等价于

struct Student {
    int age;
};
typedef struct Student S;

struct和class

• 继承访问权限：struct默认是public,class默认是private
• 内部成员访问权限：struct是public,class是private

字节对齐

各个硬件平台对存储空间的处理上有很大不同，保证字节对齐可以兼容各个硬件平台，但是会在存取效率上带来损失

内存对齐规则：

• 结构体各个成员，第一个偏移量是0，排列在后面的成员其当前的偏移量必须是当前成员类型的整数倍
• 结构体占用内存大小是体内最大数据成员的最小倍数
• 如程序中有#pragma pack(n)预编译指令，所有成员对齐以n字节为准（偏移量是n的整数倍），不再考虑当前类型以及结构体内最大类型

具体可以参考内存对齐规则之我见

联合体

• 默认访问控制为public
• 可以含有构造函数和析构函数
• 不能含有引用类型成员
• 不能继承，不能被继承
• 不能含有虚函数
• 匿名union在定义所在作用域可直接访问成员
• 匿名union不能包含protected和private成员
• 全局匿名union必须是static的

智能指针

• shared_ptr
• unique_ptr
• weak_ptr
• auto_ptr (C++11已弃用)

shared_ptr

• 多个智能指针可以共享一个对象，对象最末一个拥有者有责任销毁对象
• 支持定制型删除器，自动解除互斥锁

weak_ptr

• 允许共享但不拥有某种对象，一旦最后一个失去了所有权，任何weak_ptr都会自动成空
• 只拥有default copy 和接受shared_ptr的都构造函数
• 可打破环状引用的问题

unique_ptr

• 一种在异常时可以帮助避免资源泄露的智能指针

• 采用独占式拥有，可以确保一个对象和其相应的资源同一时间只能被一个指针拥有

• 一旦被销毁或还是拥有另一个对象，先前的资源都会被释放

• 用于替代auto_ptr

• auto_ptr 可以赋值拷贝；unique_ptr无拷贝赋值，但提供了move函数

• auto_ptr 不能管理数组，析构调用delete; unique_ptr可以管理数组，析构调用delete[]

强制类型转换

• static_cast
• dynamic_cast
• const_cast
• reinterpret_cast

static_cast

• 用于非多态类型转换
• 不执行运行时类型检查，安全性不如dynamic_cast
• 通常用于数值类型，如float -> int
• 可以在整个类层次结构中移动指针，子类转换为父类安全，父类转子类不安全

dynamic_cast

• 用于多态类型的转换
• 执行运行时类型检查
• 只适用于指针或引用
• 对不明确的指针的转换将失败，但不引发异常
• 可以在整个类层次结构中移动指针，包括向上转换，向下转换

const_cast

• 用于删除const volatile __unaligned特性

关键字

const

• 修饰变量，说明变量不可以被改变
• 修饰指针，指向常量的指针(const char*)和指针常量(char* const)
• 修饰引用，指向常量的引用，避免拷贝又避免函数对值修改
• 修饰成员函数，该成员函数内部不能修改成员变量

被const修饰(在const后面)的值不可改变

static

• 修饰普通变量，修改变量存储区和生命周期，使变量在静态区，在main函数运行前就分配了空间，默认会会初始化
• 修饰普通函数，表明函数作用范围，仅定义该函数的文件内才能使用
• 修饰成员变量，使所有的对象只保存一个该变量，不需要对象就可以访问该成员
• 修饰成员函数，不需要对象就可以访问，但是static函数内不能访问非静态成员

this

• this是一个隐含于每一个非静态成员函数中的一个特殊指针，指向调用该成员函数的那个对象
• 每次调用成员函数时，编译程序先将对象的地址赋给this指针，然后调用成员函数，每次成员函数存取数据成员时，都隐式使用this指针
• this指针被隐式声明为ClassName *const this，意味着不能给this赋值，不可修改
• this是一个右值，不能取得this的地址
• 需要显式引用this指针：对象的链式引用；避免同一对象进行赋值操作；实现一些数据结构时

inline

特征

• 把内联函数里面的内容写在调用内联函数处
• 不用执行进入函数的步骤，直接执行函数体
• 相当于宏，比宏多了类型检查，具有函数特性
• 编译器一般不内联包含循环、递归、switch等复杂操作的内联函数
• 在类声明中定义的函数，除了虚函数的其他函数都会自动隐式当成内联函数

编译器处理

• 编译器会把函数体复制到inline函数调用点处
• 编译器为所用inline函数中的局部变量分配内存空间
• 编译器将inline函数所有的输入参数和返回值映射到调用方法的局部变量空间中
• 如果有多个返回点，编译器会将其变为inline函数代码块末尾的分支

优缺点

• 省去了参数压栈、栈帧开辟与回收，提高运行速度
• 会做安全检查，宏不会
• 内联函数可以访问类的成员变量，宏不能
• 内联函数运行时可调试，宏不能
• 代码会膨胀
• 是否内联，程序不可控。内联函数只是对编译器的建议，决定权在于编译器
• 虚函数可以时内联函数，但虚函数表现多态性时不能内联（因为编译期内联，运行时多态）

volatile

• 声明的类型变量可以被某些编译器未知的因素（操作系统、硬件、其它线程等）更改，所以使用volatile告诉编译器不应该对这样的对象进行优化
• volatile声明的变量，每次访问时必须从内存中取值，没有被volatile修饰的变量，可能由于编译器的优化，从CPU寄存器取值
• const可以是volatile 只读状态寄存器
• 指针可以是volatile

assert

• 是宏，而非函数
• 如果条件返回错误，终止程序执行
• 可以通过NDEBUG关闭assert，但需要在源代码的开头，include 之前

explicit

• explicit修饰构造函数时，可以防止隐式转换和复制初始化
• explicit修饰转换函数时，可以防止隐式转换，单按语境转换除外

friend

• 能访问私有成员
• 破坏封装性
• 不可传递
• 单向性
• 声明形式及数量不受限制

using

• using声明 引入命名空间的一个成员 using namespace_name::name;
• using指示，使得特定命名空间的所有名字都可见 using namespace name;
• 尽量少使用using指示，使用声明更安全且不会包含不需要的名称

decltype

• 用于检查实体的声明类型或表达式的类型及值分类

template
auto fcn(It beg, It end) -> decltype(*beg)
{
    //todo
    return *beg;
}
template
auto fnc2(It beg, It end) -> typename remove_referenct::type
{
    //todo
    return *beg;
}

面向对象

封装

把客观失误封装成抽象的类，并且可以把变量和方法只让可信对象操作，对不可信对象进行隐藏。关键字public private protected.默认不写是private

• public 任意对象可以访问
• protected 子类和本类成员函数访问
• private 本类，友元类或友元函数访问

继承

• 基类 ----> 派生类

多态

消息以多种形式显示的能力，以封装和继承为基础的

• 重载多态（编译期）：函数重载，运算符重载
• 子类型多态（运行期）：虚函数
• 参数多态（编译期）：类模板，函数模板
• 强制多态（运行期/编译期）：基本类型转换，自定义类型转换

一般函数重载和虚函数两个比较最多

虚函数

注意

• 普通函数不能是虚函数
• 静态函数不能是虚函数
• 构造函数不能是虚函数（因为在调用构造函数时，虚表指针并没有对象的内存空间，必须要构造函数调用完成后才会形成虚表指针）
• 内联函数不能是表现多态时的虚函数
• 模板类中可以使用虚函数
• 类的模板成员不能时虚函数

虚析构函数

虚析构函数是为了剞劂基类的指针指向派生类对象，并用基类的指针删除派生类对象

纯虚函数

在基类中不能对虚函数给出有意义的实现，实现留给派生类去完成

• 纯虚函数只是一个接口，要留到子类里实现；虚函数在声明的时候实现
• 纯虚函数在子类里必须重写；虚函数可以不重写
• 纯虚函数关注接口统一性，实现由子类完成；虚函数继承接口的同时也继承了父类的实现
• 带虚函数的类叫抽象类，不能直接生成对象，只有被继承后并重写虚函数后才能被使用，子类可以是抽象类也可以是普通类

虚函数指针和虚函数表

• 虚函数指针:在含有虚函数类的对象中，指向虚函数表，运行时确定
• 虚函数表: 在程序只读数据段，存放虚函数指针，如果派生类实现了某个虚函数，则在虚表中覆盖原来基类的那个虚函数指针，在编译时根据类的声明创建

C++中虚函数(表)实现机制以及用C语言对其进行模拟实现

虚继承

• 用于解决多继承条件下菱形继承问题（浪费存储空间，存在二义性）
• 原理与编译器有关，一般通过虚基类指针和虚基类表实现

每个虚继承的子类都有一个虚基类指针和虚基类表；当虚继承的子类被当作父类继承时，虚基类指针也会被继承；实际上虚基类表指针指向了一个虚基类表，虚表中记录了虚基类与本类的偏移地址，通过偏移地址就可以找到虚基类成员，虚继承不需要像普通多继承那样维持公共基类的两份拷贝，节省了存储空间

• 虚继承和虚函数都利用了虚指针和虚表
• 虚继承的虚基类依旧存在继承类中，占用存储空间；虚函数不会韩永存储空间
• 虚继承的虚基类表存储的时虚基类相对于继承类的偏移；虚函数表存储的时虚函数地址

抽象类、接口类和聚合类

• 抽象类：含有纯虚函数的类
• 接口类：仅含有纯虚函数的类
• 聚合类：可以直接访问其成员，并且具有特殊初始化语法形式。特点
  • 成员都是public
  • 没有定义任何构造函数
  • 没有类内初始化
  • 没有基类也没有虚函数

参考文献

C++总结
C++ Primer Edition 5