【C++】深蓝学院课程：C++基础与深度解析 - 课程知识点目录

第5章: 表达式基础与详述（类型转换）

第3节: 表达式基础：类型转换

28：【视频】类型转换

• 整型提升和浮点提升（无损转换）
• reinterpret_cast：主要用于指针相关的类型转换
• 为什么不建议使用C风格转换：因为可能会调用 reinterpret_cast 从而使得转换的结果并非预期

第9章: 动态内存管理

第2节: 智能指针

64-3：【视频】智能指针—unique_ptr

• unique_ptr不支持复制，但可以移动

第11章: 泛型算法：值捕获，[=]

Keywords: lambda lambda表达式

11.1 第1节: 泛算法型

73：【视频】泛型算法 IV：流迭代器

• 流迭代器： istream_iterator / ostream_iterator
• istream_iterator构造函数：constructs a new istream_iterator
• 使用istream构造istream_iterator：istream_iterator( istream_type& stream );

74-1：【视频】bind

• std::copy_if：在复制容器时可限定加入的条件，类似于python中的filter()
• std::bind：实现高阶函数绑定，类似于python中的functools.partial

74-2：【视频】Lambda表达式 I

• 推荐教材：《C++ Lambda Story》
• Lambda表达式的捕获特性
• 值捕获：auto lamb = [=] {...} - [28:12]
• 可以使用 C++ Insights 来查看lambda表达式的等价类实现
• *this捕获：用来避免悬挂指针带来的问题

74-3：【视频】Lambda表达式 II

• 说明符：mutable / constexpr / consteval(C++20)
• 使用const auto&避免因为类型定义不同导致的对象构造操作

75：【视频】泛型算法改进——ranges (C++20)

• std::ranges可以使用容器而非迭代器作为输入

第12章: 类与面向对象编程

第1节: 结构体与对象聚合

78-1：【视频】part I

• 结构体的定义要加分号表示结束
• 当结构体只有声明而没有定义时，实例化对象会报错：error: aggregate ‘Str1 xxx’ has incomplete type
• 结构体的数据成员不能用auto声明，即使在声明时给定了初始值（编译器会报错，[Cpp_struct_member_auto]）
• 结构体的聚合初始化（Aggregate initialization）
• 成员限定符mutable：使const结构体对象的成员可以进行修改

78-2：【视频】part II

• 使用符号定义数组长度需要编译期常量，在结构体中也是同样的规则 [Cpp_array_size_error]

79-1：【视频】part I

• 成员函数的定义：（1）类内定义（隐式内联）（2）类内声明 + 类外定义

80：【视频】访问限定符与友元

• 友元friend的声明可以放到public | protected | private的任意一个区域，效果是相同的
• hidden friend函数的应用

第4节: 构造、析构与复制成员函数

81-1：【视频】part I

• 构造函数的初始化列表：初始化即赋值（避免拷贝构造过程）
• 使用初始化列表时，可以使用已经初始化的成员变量作为实参初始化下一个成员变量
• 成员变量的初始化顺序由其声明顺序决定，跟初始化列表中的顺序无关
• 基本类型的非静态数据成员会被随机初始化，例如：int
• 调用缺省构造函数时避免 most vexing parse：调用缺省构造函数不要加括号 [Cpp_default_constructor_with_parentheses]
• 使用default关键字定义缺省构造函数

81-2：【视频】part II

• 拷贝构造函数也属于构造函数
• 当移动构造函数不存在时，编译器会调用拷贝构造函数

81-3：【视频】part III

• 拷贝赋值：Copy assignment
• Copy assignment operator function 返回值的结果对应的是 x = y 表达式的值

81-4：【视频】part IV

• delete关键字：禁用函数接口
• Delete拷贝构造是一种函数声明，会使编译器停止产生默认构造函数
• C++17引入函数的传参优化（请参见 Mandatory elision of copy/move operations）：当传入临时对象作为实参时，会直接作为形参而无需拷贝构造的步骤
• 为什么大多数情况下，不要为移动构造（移动赋值）函数引入delete限定符
• 注意：从C++14起 constexpr | consteval 成员函数不具有const属性

第5节: 字面值类、成员指针与bind交互

82-2：【视频】part II

• Pointer To Member：（类内）成员指针
• （类内）成员指针的使用：obj.*mem_ptr | ptr->*mem_ptr
• 使用std::bind可以基于数据成员指针生成可调用对象

第13章: 类的细节

第1节: 运算符重载

84-2：【视频】运算符重载 II

• operator[]通常返回引用
• 由于const的情况，需要对读写的情况重载两种operator[]函数

84-3：【视频】运算符重载 III

• 解引用运算符（*）重载可以模拟智能指针的行为
• 成员访问运算符（->）：视作单目运算符重载
• 成员访问运算符（->）：必须返回类指针或者带有operator->重载类的对象

84-4：【视频】运算符重载 IV

• 类型转换运算符重载
• explicit bool的特殊性：条件表达式会自动调用bool类型转换而跳过explicit限定
• C++20对<=>重载：可以实现之前六种比较运算符的重载
• 重载==运算符编译器可以自动推导!=运算符的操作
• ==运算符对其它类型重载支持交换律，例如：重载operator == (Str, int)，则也会支持 str == int 表达式的比较 [Cpp_operator_equal]
• ==运算符重载推荐定义为成员函数：bool operator == (type x)；因为其重载支持交换律

85-1：【视频】类的继承

• 通常采用public继承
• struct在缺省情况下使用public继承

85-3：【视频】虚函数 II

• 由虚函数所引入的动态绑定属于运行期行为，与编译期行为有所区别
• 虚函数在运行时的默认形参来自于当前静态类型对应的虚函数定义，于是会出现虚函数的默认形参被基类定义覆盖的现象 [Cpprun_virtual_func]
• 通过CppInsights查看，发现编译器会在编译时将静态类型（基类）的虚函数的默认形参添加到调用处
• 虚函数的调用成本高于非虚函数，使用可以final关键字可以中止虚函数的继承，编译器会根据final优化vtable来提高性能
• 可以在类名右边加上final，表示此类不会再进行派生
• 引用本质上也是用指针实现的

85-4：【视频】继承与成员函数

• 派生类显式定义的构造函数（包括派生类的拷贝构造函数）将隐式调用基类的默认构造函数
• 派生类显式定义的构造函数如果想调用其它构造函数，需要使用类初始化列表

86-1：【视频】补充知识 I

• using可以用来改变基类成员的访问权限
• using可以利用基类构造函数自动生成派生类构造函数 [Cpp_using_base_ctor]
• friend友元声明的本质是：赋予函数与类方法同样的访问权限

86-2：【视频】补充知识 II

• 使用虚函数基类实现多态时，推荐加上virtual ~Base() = default;以自动调用派生类的析沟函数
• [[no_unique_address]]属性：进行空基类优化

第14章: 模板

第1节: 函数模板

89-1：【视频】函数模板

• typename关键字可以替换为class，含义相同
• 函数模板的显式实例化：显式用<>给定模板参数
• 还有隐式实例化，不用给出模板参数

89-3：【视频】函数模板实参推导的若干讨论

• 模板类型可以指定默认值

89-4：【视频】函数模板的实例化控制

• 模板函数的显式实例化（Explicit Instantiation）

90-1：【视频】函数模板的特化

• 特化函数对多个函数模板的匹配遵循类型细化优先原则，（与函数实例化对多个函数模板的匹配相同）；
• 类型细化优先原则：当特化函数可以与多个函数模板的匹配时，优先匹配类型最具体的类型；例如，对于可匹配的类型范围 T < T*，int *可以匹配T* || T，而int能匹配T而无法匹配T*；因此编译器会让int *选择匹配范围更小的T*模板，[Cpp_fine_type]；

第2节: 类模板与成员函数模板

91-1：【视频】类模板与成员函数模板

类模板的声明与定义

遵循翻译单元的一处定义原则

在类模板外定义成员函数

在Google中搜索gcc的vector实现

在谷歌中搜索：gcc github vector

类模板的友元函数仅仅是当前实例类的友元

而不是所有实例类的友元，gcc的实现可能有问题, [Cpp_template _friend_issue]：

template<typename T>
class B {
    int x;
    friend auto operator+(B input1, B input2) {
        B res;
        res.x = input1.x + input2.x;
        B<float> tmp;
        tmp.x;

        return res;
    }
};

Gcc实现认为函数也是B的友元，无论B跟B是否是同一个类型；

91：【视频】类模板的实例化、特化与实参推导

• 自定义推导指引：User-defined deduction guides
• C++ 17之前类模板推导的解决方案：引入辅助模板函数

第3节: Concepts

92-1：【视频】C++ 20新概念 Concepts

模板的问题：没有对模板参数引入相应的限制

• 参数是否可以正常工作，通常需要阅读代码进行理解
• 编译报错友好性较差（std::vector报错举例）

Concept 的定义与使用

• 可以将typename替换为concept谓词
• 包含多个模板参数concept，用做类型constraint时，省略第一个参数，将推导类型将作为首个参数 —— [19:37]

92-2：【视频】requires表达式

• {x + 1} -> std::same as;可以直接写成{x + 1} -> int;，两者是等价的 —— [7:16]
• requires从句会影响重载解析与特化版本的选取，可以用来实现模板函数重载 —— [10:46]
• requires从句所引入的限定具有偏序特性，系统会选择限制最严格的版本 —— [14:09]
• 如果只定义了类模板的特化版本，而没有给出默认实例化的定义，可能编译器会报错：“has incomplete type and cannot ba defined” —— [16:42]

第4节: 模板相关内容

94：【视频】完美转发：T&& + std::forward

示例：Cpp_perfect_forwarding

第15章: 元编程

第2节: 顺序、分支、循环代码的编写方式

97-1：【视频】顺序代码的编写方式

• 代码示例：实现对类型去除引用添加const限定 —— [3:36]
• 元函数是通过类定义（一般是struct）来实现的

97-2：【视频】分支代码的编写方式

基于（偏）特化引入分支

示例：“对常量100实现编译期的减法计算” —— [10:49]

using实现合法的类型赋值表达式

例如：using x= Imp<100>::type;

基于SFINAE引入分支

• 基于std::enable_if引入分支
• 模板形参的默认值只有在模板实例化时才会被考虑，所以使用 “typename+enable_if” 进行元程序分支会提示重载错误，[Error_typename_enable_if]

97-3：【视频】循环代码的编写方式

使用模板实现类型容器

示例代码：

template <typename...> class Cont;
using Input = Cont<int, char, double, bool, void>;

使用循环处理数组：获取数组中 id=0,2,4,6… 的元素

示例代码：Cpp_get_even_types

获取m种数据类型的最后n个类型

示例代码：Cpp_m_n

作业

Project4 - 第13章: 类的细节

文字版地牢游戏；

知识点应用

• 类的抽象 & 虚函数动态绑定
• Public，protected，private访问权限
• 继承中的权限和构造（public继承，子类调用基类构造函数）
• 智能指针 shared_ptr（reset()，make_shared()）

Project5 - 第15章: 元编程

使用元编程实现大数加法；

知识点应用

• 使用struct实现元函数
• 模板的使用
• 可变参数的模板
• 使用递归的思想, 在编译期实现加减法
• 使用递归的思想, 在编译期实现长除法

测试用例

Final Project - 第16章: 其他的工具与技术

作业题目

本次大作业的目标为设计一个泛型矩阵运算标头库（header only），此库内部含有一个矩阵类（为表述方便，假定名称为Matrix）可以完成矩阵的加法、减法和乘法，Matrix具有一个模板参数表示其元素类型，它应该支持下述的全部用法和特性：

// Matrix应该支持无参构造，此时它是一个1*1的矩阵，内部元素值为模板类型的默认值
Matrix<int> mat1;

// 通过矩阵尺寸构造，内部元素值为模板类型的默认值
Matrix<int> mat2(2, 2);
mat2[1][0] = 42; // 可以通过[][]访问内部元素

//mat1[0][1]; // 访问越界时程序行为是未定义的

assert(mat2.at(2) == 42); // 可以使用at访问矩阵按行展开后对应的元素
//mat2.at(5); // 使用at访问越界时应该抛出异常
mat2.at(1) = 1;

// 可以使用push_back()向Matrix添加元素，新添加的元素可以通过at访问
mat2.push_back(13);
mat2.push_back(14);
assert(mat2.at(4) == 13); // pass
assert(mat2.at(5) == 14); // pass
// 可以使用reshape()修改矩阵尺寸，多余的元素会被删除，缺少的元素会使用默认值填充
mat2.reshape(3, 3);
/* 此时mat2表示的矩阵为
0 1 42
0 13 14
0 0 0
*/

// 使用initializer_list构造Matrix，此时Matrix为一个行向量
Matrix<int> mat3{1, 2, 3, 4};
Matrix<int> mat4{5, 6, 7, 8};
mat3.reshape(2, 3);
mat4.reshape(2, 3);
mat3 + mat4; // 矩阵加法，如果矩阵尺寸不同需抛出异常
mat3 - mat4; // 矩阵减法，如果矩阵尺寸不同需抛出异常
mat3 * mat4; // 矩阵乘法，此处为两个2*3的矩阵相乘，不满足矩阵乘法定义，需要抛出异常

知识点应用

• 模板的使用
• 编译器检查模板参数
• 异常处理
• 矩阵拼接的返回参数推导