C++基础
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2023-12-01
RoadMap
指针与引用
左值引用与右值引用
static 与 const
static 作用
- 修饰普通变量，修改变量的存储区域和生命周期，使变量存储在静态区，在 main 函数运行前就分配了空间，如果有初始值就用初始值初始化它，如果没有初始值系统用默认值初始化它。
- 修饰普通函数，表明函数的作用范围，仅在定义该函数的文件内才能使用。在多人开发项目时，为了防止与他人命令函数重名，可以将函数定位为 static。
- 修饰成员变量，修饰成员变量使所有的对象只保存一个该变量，而且不需要生成对象就可以访问该成员。
- 修饰成员函数，修饰成员函数使得不需要生成对象就可以访问该函数，但是在 static 函数内不能访问非静态成员。
const 的作用
- 修饰变量，说明该变量不可以被改变；
- 修饰指针，分为指向常量的指针和指针常量；
- 常量引用，经常用于形参类型，即避免了拷贝，又避免了函数对值的修改；
- 修饰成员函数，说明该成员函数内不能修改成员变量。
const 相关代码
<!--const 使用（点击展开）
--> <!--// 类
class A {
private:
const int a; // 常对象成员，只能在初始化列表赋值
public:
// 构造函数
A() { };
A(int x) : a(x) { }; // 初始化列表赋值常对象成员
// const 可用于对重载函数的区分
int getValue(); // 普通成员函数
int getValue() const; // 常成员函数，不得修改类中的任何数据成员的值
// 工程上为了安全性有时会分别实现 const 和 非const 两个版本
// > 下标操作符为什么要定义const和非const两个版本？_百度知道 https://zhidao.baidu.com/question/517798128.html
};
// 全局函数
void function() {
// 对象
A b; // 普通对象，可以调用全部成员函数
const A a; // 常对象，只能调用常成员函数、更新常成员变量
const A *p = &a; // 常指针，注意 a 是一个常对象
const A &q = a; // 常引用
// 指针
char greeting[] = "Hello";
char* p1 = greeting; // 指针变量，指向字符数组 变量
const char* p2 = greeting; // 指针变量，指向字符数组 常量
char* const p3 = greeting; // 常指针，指向字符数组 变量
const char* const p4 = greeting; // 常指针，指向字符数组 常量
}
// 函数
void function1(const int Var); // 传递过来的参数在函数内不可变
void function2(const char* Var); // 参数指针所指内容为常量
void function3(char* const Var); // 参数指针为常指针
void function4(const int& Var); // 引用参数在函数内为常量
// 函数返回值
const int function5(); // 返回一个常数
const int* function6(); // 返回一个指向常量的指针变量，使用：const int *p = function6();
int* const function7(); // 返回一个指向变量的常指针，使用：int* const p = function7();this 指针
inline 内联函数
内联函数的特点
- 相当于把内联函数中的内容复制到了调用该函数的地方（编译时完成）；
- 相当于避免了函数调用的开销，直接执行函数体；
- 加速了程序的运行，但是消耗了空间
- 相当于宏，但比宏多了类型检查，使具有函数特性；
- 不能包含循环、递归、switch 等复杂操作；
- 如果包含了，那么相当于失去了内联的作用；
- 内联只是对编译器的建议，是否内联取决于编译器
- 定义在类中的函数，除了虚函数，都会自动隐式地当成内联函数。
但这不代表虚函数无法内联 > 虚函数可以内联吗？
- 内联函数通常定义在头文件中
- inline 函数对编译器而言必须是可见的，以便它能够在调用点展开该函数。
- 如果定义在 cpp 文件中，那么在每个调用该内联函数的文件内都要再重新定义一次，且定义必须一致
- inline 函数允许多次定义
inline 的使用
// 定义在头文件中
inline
int func() {}
// 声明在头文件中
inline
int func1();
// 定义在源文件 1 中
inline
int func1() {}
// 定义在源文件 2 中
inline
int func1() {}
// 源文件 1 和 2 中的定义必须一致- 关于 inline 关键字应该放在声明还是定义处，重说纷纭，保险起见都加上
- 当然，最好的做法是直接定义在头文件中
编译器对 inline 函数的处理步骤
- 将 inline 函数体复制到 inline 函数调用点处；
- 为所用 inline 函数中的局部变量分配内存空间；
- 将 inline 函数的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 inline 函数有多个返回点，将其转变为 inline 函数代码块末尾的分支（使用 GOTO）。
inline 的优缺点
优点（相比宏定义）
- 内联函数类似宏函数，在调用处展开，省去了调用开销（参数压栈、栈帧开辟与回收，结果返回等），从而提高程序运行速度。
- 相比宏函数来说，内联函数在代码展开时，会进行安全检查或自动类型转换（同普通函数），而宏定义不会。
- 在类中声明同时定义的成员函数，会自动转化为内联函数，因此内联函数可以访问类的成员变量，宏定义则不能。
- 内联函数在运行时可调试，宏定义不可以。
缺点
- 代码膨胀。
- 内联是以代码膨胀（内存）为代价，来消除函数调用带来的开销。
- 如果执行函数体内代码的时间，相比于函数调用的开销较大，那么效率的收获会很少。
- inline 函数无法随函数库升级。
- inline 函数的改变需要重新编译，不像 non-inline 可以直接链接。
- 是否内联，程序员不可控。
- 内联函数只是对编译器的建议，是否对函数内联，决定权在于编译器。
虚函数可以内联吗？
Are "inline virtual" member functions ever actually "inlined"? - C++ FAQ
- 虚函数可以是内联函数
- 但是当虚函数表现多态性时不能内联。
- inline 是在编译期建议编译器内联，而虚函数的多态性在运行期，编译器无法知道运行期调用哪个代码，因此虚函数表现为多态性时（运行期）不可以内联。
- 虚函数唯一可以内联的情况是：
- 编译器知道所调用的对象是哪个类，如
Base::who()，这只有在编译器具有实际对象而不是对象的指针或引用时才会发生。
虚函数的内联
class Base {
public:
inline virtual
void who() {
cout << "I am Base\n";
}
virtual ~Base() { }
};
class Derived : public Base {
public:
inline void who() { // 不写 inline 时也会隐式内联
cout << "I am Derived\n";
}
};
int main() {
// 此处的虚函数 who()，是通过 Base类的具体对象 b来调用的，
// 因此编译期间就能确定，所以它可以是内联的，但最终是否内联取决于编译器。
Base b;
b.who();
// 此处的虚函数是通过指针调用的，呈现多态性，
// 需要在运行时期间才能确定，所以不能为内联。
Base *ptr = new Derived();
ptr->who();
// 因为 Base 有虚析构函数（virtual ~Base() {}），
// 所以 delete 时，会先调用派生类（Derived）析构函数，
// 再调用基类（Base）析构函数，防止内存泄漏。
delete ptr;
ptr = nullptr;
system("pause");
return 0;
}assert 与 sizeof
- 断言
assert()是宏而非函数，定义在头文件<assert.h>/<cassert>中 sizeof()是操作符而非函数sizeof int == sizeof(int)- sizeof 对数组，得到整个数组所占空间大小。
- sizeof 对指针，得到指针本身所占空间大小。
- 特别的
void foo(int arr[]) { // 实际上是 int* arr cout << sizeof(arr) << endl; // 得到的是指针的大小，而非数组的大小 }
C++ 中 struct、union、class
C 与 C++ 中的结构体
C 中的结构体
typedef struct Student { int age; } Stu;等价于
struct Student { int age; }; typedef struct Student Stu;实际上就是为
struct Student这个比较长的声明定义了一个别名Stustruct Student s1; Stu s2;因为 C 中定义结构体，必须带上
struct，所以还可以定义void Student() {}不冲突C++ 中的结构体
typedef struct Student { int age; } Stu; Student s1; // 正确，"struct" 关键字可省略 struct Student s2; // 正确 Stu s3; // 正确，使用别名 void f( Student me ); // 正确如果定义了同名的函数，那么 struct 关键字不可省略
typedef struct Student { int age; } Stu; void Student() {} // 正确，定义后名为 "Student" 的函数 // void Stu() {} // 错误，符号 "Stu" 已经被定义为一个 "struct Student" 的别名 int main() { Student(); struct Student s1; Stu s2; return 0; }
C++ 中 struct 和 class 的区别
- 一般来说，struct 适合作为一个数据结构的实现体，class 更适合作为一个对象的实现体
- 但最本质的区别在于默认的访问控制权限
- 默认的继承访问权限—— struct 是 public，class 是 private
- 默认的成员访问权限—— struct 是 public，class 是 private
联合体 union
- 联合体（union）是一种节省空间的特殊的类
- 一个 union 可以有多个数据成员，但是在任意时刻只有一个数据成员可以有值
- 当某个成员被赋值后其他成员变为未定义状态
- 联合体的特点
- 默认访问控制符为 public
- 可以含有构造函数、析构函数
- 不能含有引用类型的成员
- 不能继承自其他类，不能作为基类
- 不能含有虚函数
- 匿名 union 在定义所在作用域可直接访问 union 成员
- 匿名 union 不能包含 protected 成员或 private 成员
- 全局匿名联合必须是静态（static）的
union UnionTest { // 联合体
UnionTest() : i(10) {};
int i;
double d;
};
static union { // 全局静态匿名联合体
int i;
double d;
};
int main() {
UnionTest u;
union { // 局部匿名联合体
int i;
double d;
};
std::cout << u.i << std::endl; // 输出 UnionTest 联合的 10
::i = 20; // 匿名 union 在定义所在作用域可直接访问
std::cout << ::i << std::endl; // 输出全局静态匿名联合的 20
i = 30;
std::cout << i << std::endl; // 输出局部匿名联合的 30
return 0;
}用 C 实现 C++ 中的封装、继承和多态
董的博客 » C语言实现封装、继承和多态
友元函数与友元类
友元(友元函数、友元类和友元成员函数) C++ - zhuguanhao - 博客园
友元小结
- 能访问私有成员
- 破坏封装性
- 友元关系不可传递
- 友元关系的单向性
- 友元声明的形式及数量不受限制
友元函数
不是类的成员函数，却能访问该类所有成员（包括私有成员）的函数
类授予它的友元函数特别的访问权，这样该友元函数就能访问到类中的所有成员。
class A { public: friend void set_data(int x, A &a); // 友元函数的声明 int get_data() { return data; } private: int data; }; void set_data(int x, A &a) { // 友元函数的定义 a.data = x; cout << a.data << endl; // 无障碍读写类的私有成员 } int main(void) { class A a; set_data(1, a); // cout << a.data; // err cout << a.get_data() << endl; return 0; }
友元类
- 一个类的友元类可以访问该类的所有成员（包括私有成员）
- 注意点
- 友元关系不能被继承
- 友元关系不能传递
- 友元关系是单向的
class A { public: friend class C; // 友元类的声明：C 是 A 的友元类 private: int data; };
class C { // 友元类的定义，可以访问 A 中的成员 public: void set_A_data(int x, A &a) { a.data = x; }
int get_A_data(A& a) {
return a.data;
}};
int main(void) { class A a; class C c;
c.set_A_data(1, a);
cout << c.get_A_data(a) << endl; // 1
return 0;}
**友元成员函数**
- 使类 B 中的成员函数成为类A的友元函数（但 B 不是 A 的友元类），这样只有类 B 的该成员函数可以访问类 A 的所有成员
- 不推荐使用，原因如下
- 注意声明与定义的顺序
```Cpp
class A; // 类 A 的声明，因为 A 的友元函数，即 B 的成员函数要用到 A，所以必须先声明类 A
// 但此时还不能定义 A，因为 B 还没有定义，B 的成员函数就无从谈起
class B { // 类 B 的定义
public:
void set_A_data(int x, A &a); // 类 A 的友元函数，同时是 B 的成员函数
// 但只能声明，还不能定义，因为 A 还没有定义，访问 A 的成员就无从谈起
};
class A {
public:
friend void B::set_A_data(int x, A &a); // 将 B 的成员函数声明为 A 的友元成员函数；所以必须先定义 B
private:
int data;
void print_data() { cout << data << endl; }
};
void B::set_A_data(int x, A &a) { // 只有在定义类 A 后才能定义该函数
a.data = x; // 访问 A 的私有成员变量
a.print_data(); // 访问 A 的私有成员函数
}
int main(void) {
class A a;
class B b;
b.set_A_data(1, a);
return 0;
}枚举类型 enum
C++枚举类型_百度搜索
- 限制作用域的枚举类型，使用关键字
enum classenum class open_modes { input, output, append };- 不限作用域的枚举类型
enum color { red, yellow, green }; enum { floatPrec = 6, doublePrec = 10 };