C++ 基础 - 知识点

• C++ 基础 - 知识点
• const
  • 作用
  • 使用
• static
  • 作用
• this 指针
• inline 内联函数
  • 特征
  • 使用
  • 编译器对 inline 函数的处理步骤
  • 优缺点
  • 虚函数（virtual）可以是内联函数（inline）吗？
• volatile
• assert()
• sizeof()
• extern "C"
• C++ 中 struct 和 class
  • 区别
• union 联合
• explicit（显式）关键字
• friend 友元类和友元函数
• using
  • using 声明
  • 构造函数的 using 声明
  • using 指示
  • 尽量少使用 using 指示 污染命名空间
• :: 范围解析运算符
  • 分类

const

作用

1. 修饰变量，说明该变量不可以被改变；
2. 修饰指针，分为指向常量的指针和指针常量；
3. 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；
4. 修饰成员函数，说明该成员函数内不能修改成员变量。

使用

const 使用

// 类
class A
{
public:
    A() : a(0) { };             // 构造函数
    A(int x) : a(x) { };        // 初始化列表

    // 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
private:
    const int a;                // 常对象成员，只能在初始化列表赋值
};

void fun()
{
    // 对象
    A b;                        // 普通对象，可以调用全部成员函数、更新常成员变量
    const A a;                  // 常对象，只能调用常成员函数
    const A *p = &a;            // 常指针
    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 fun1(const int Var);           // 传递过来的参数在函数内不可变
void fun2(const char* Var);         // 参数指针所指内容为常量
void fun3(char* const Var);         // 参数指针为常指针
void fun4(const int& Var);          // 引用参数在函数内为常量

// 函数返回值
const int fun5();      // 返回一个常数
const int* fun6();     // 返回一个指向常量的指针变量，使用：const int *p = fun6();
int* const fun7();     // 返回一个指向变量的常指针，使用：int* const p = fun7();

//const修饰函数时的重载

//实际上没有区别，因为函数调用的时候，存在形实结合的过程，所以不管有没有const都不会改变实参的值。所以不能通过编译，提示重定义。
void fun(const int i);
void fun(int i);

//char *a 中a指向的是一个字符串变量，而const char *a指向的是一个字符串常量，所以当参数为字符串常量时，调用第二个函数，而当函数是字符串变量时，调用第一个函数。
void fun(char *a);    
void fun(const char *a);

//这两个都是指向字符串变量，不同的是char *a是指针变量 而char *const a是指针常量。所以不能通过编译，提示重定义。
void fun(char *a);  
void fun(char * const a);  

//原因是第一个i引用的是一个变量，而第二个i引用的是一个常量，两者是不一样的，类似于上面的指向变量的指针的指向常量的指针。
void fun(int &i);  
void fun(const int &i);   
 

const int& funs() const

第一个const 代表该函数的返回值无法被改变。 第二个const代表该函数不会对调用者（如classA a; a->funs()中的a对象）内部成员进行更改。

static

作用

1. 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。
2. 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，为了防止与他人命名空间里的函数重名，可以将函数定位为 static。
3. 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。
4. 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。

this 指针

1. this 指针是一个隐含于每一个非静态成员函数中的特殊指针。它指向调用该成员函数的那个对象。
2. 当对一个对象调用成员函数时，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。
3. 当一个成员函数被调用时，自动向它传递一个隐含的参数，该参数是一个指向这个成员函数所在的对象的指针。
4. this 指针被隐含地声明为: ClassName *const this，这意味着不能给 this 指针赋值；在 ClassName 类的 const 成员函数中，this 指针的类型为：const ClassName* const，这说明不能对 this 指针所指向的这种对象是不可修改的（即不能对这种对象的数据成员进行赋值操作）；
5. this 并不是一个常规变量，而是个右值，所以不能取得 this 的地址（不能 &this）。
6. 在以下场景中，经常需要显式引用 this 指针：
   1. 为实现对象的链式引用；
   2. 为避免对同一对象进行赋值操作；
   3. 在实现一些数据结构时，如 list。

inline 内联函数

特征

• 相当于把内联函数里面的内容写在调用内联函数处；
• 相当于不用执行进入函数的步骤，直接执行函数体；
• 相当于宏，却比宏多了类型检查，真正具有函数特性；
• 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地当成内联函数。

使用

inline 使用

// 声明1（加 inline，建议使用）
inline int funName(int first, int second,...);

// 声明2（不加 inline）
int funName(int first, int second,...);

// 定义
inline int funName(int first, int second,...) {/****/};

// 类内定义，隐式内联
class A {
    int doA() { return 0; }         // 隐式内联
}

// 类外定义，需要显式内联
class A {
    int doA();
}
inline int A::doA() { return 0; }   // 需要显式内联

编译器对 inline 函数的处理步骤

1. 将 inline 函数体复制到 inline 函数调用点处；
2. 为所用 inline 函数中的局部变量分配内存空间；
3. 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；
4. 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）。

优缺点

优点

1. 内联函数同宏函数一样将在被调用处进行代码展开，省去了参数压栈、栈帧开辟与回收，结果返回等，从而提高程序运行速度。
2. 内联函数相比宏函数来说，在代码展开时，会做安全检查或自动类型转换（同普通函数），而宏定义则不会。
3. 在类中声明同时定义的成员函数，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。
4. 内联函数在运行时可调试，而宏定义不可以。

缺点

1. 代码膨胀。内联是以代码膨胀（复制）为代价，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。另一方面，每一处内联函数的调用都要复制代码，将使程序的总代码量增大，消耗更多的内存空间。
2. inline 函数无法随着函数库升级而升级。inline函数的改变需要重新编译，不像 non-inline 可以直接链接。
3. 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（virtual）可以是内联函数（inline）吗？

• 虚函数可以是内联函数，内联是可以修饰虚函数的，但是当虚函数表现多态性的时候不能内联。
• 内联是在编译器建议编译器内联，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。
• inline virtual 唯一可以内联的时候是：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。

虚函数内联使用

#include <iostream>
using namespace std;
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时隐式内联
    {
        cout << "I am Derived\n";
    }
};

int main()
{
    // 此处的虚函数 who()，是通过类（Base）的具体对象（b）来调用的，编译期间就能确定了，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();//I am Base

    // 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();//I am Derived

    // 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;

    return 0;
}

volatile

volatile int i = 10; 

• volatile 关键字是一种类型修饰符，用它声明的类型变量表示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 告诉编译器不应对这样的对象进行优化。
• volatile 关键字声明的变量，每次访问时都必须从内存中取出值（没有被 volatile 修饰的变量，可能由于编译器的优化，从 CPU 寄存器中取值）
• const 可以是 volatile （如只读的状态寄存器）
• 指针可以是 volatile

assert()

断言，是宏，而非函数。 assert 宏的原型定义在 <assert.h>（C）、<cassert>（C++）中，其作用是如果它的条件返回错误，则终止程序执行。 可以通过定义 NDEBUG 来关闭 assert，但是需要在源代码的开头，include <assert.h> 之前。

#define NDEBUG          // 加上这行，则 assert 不可用
#include <assert.h>

assert( p != NULL );    // assert 不可用

assert() 使用:

#include <stdio.h>
#include <assert.h>

int main()
{
  int x = 7;

  /*  中间的一些大代码假设x意外地变成了9 */
  x = 9;

  // 程序员假设x在其余代码中为7
  assert(x == 7); // assert_use: assert_use.cpp:13: int main(): Assertion `x == 7' failed. Aborted

  /* 其余代码 */
  return 0;
}

sizeof()

• 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。

extern "C"

• 被 extern 限定的函数或变量是 extern 类型的
• 被 extern "C" 修饰的变量和函数是按照 C 语言方式编译和链接的

extern "C" 的作用是让 C++ 编译器将 extern "C" 声明的代码当作 C 语言代码处理，可以避免 C++ 因符号修饰导致代码不能和C语言库中的符号进行链接的问题。

extern "C" 使用

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

void *memset(void *, int, size_t);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

C++ 中 struct 和 class

总的来说，struct 更适合看成是一个数据结构的实现体，class 更适合看成是一个对象的实现体。

区别

• 最本质的一个区别就是默认的访问控制
  1. 默认的继承访问权限。struct 是 public 的，class 是 private 的。
  2. struct 作为数据结构的实现体，它默认的数据访问控制是 public 的，而 class 作为对象的实现体，它默认的成员变量访问控制是 private 的。

union 联合

联合（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。联合有如下特点：

• 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 使用

#include <iostream>

union UnionTest
{
    UnionTest() : i(10){};
    int i;
    double d;
};

static union
{
    int i;
    double d;
};

int main()
{
    UnionTest u;

    union
    {
        int i;
        double d;
    };

    std::cout << u.i << std::endl; // 输出 UnionTest 联合的 10

    ::i = 20;
    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;
}

explicit（显式）关键字

• 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

struct A
{
    A(int) {}
    operator bool() const { return true; }
};

struct B
{
    explicit B(int) {}
    explicit operator bool() const { return true; }
};

void doA(A a) {}

void doB(B b) {}

int main()
{
    A a1(1);     // OK：直接初始化
    A a2 = 1;    // OK：复制初始化
    A a3{1};     // OK：直接列表初始化
    A a4 = {1};  // OK：复制列表初始化
    A a5 = (A)1; // OK：允许 static_cast 的显式转换
    doA(1);      // OK：允许从 int 到 A 的隐式转换
    if (a1);                            // OK：使用转换函数 A::operator bool() 的从 A 到 bool 的隐式转换
    bool a6(a1);                   // OK：使用转换函数 A::operator bool() 的从 A 到 bool 的隐式转换
    bool a7 = a1;                    // OK：使用转换函数 A::operator bool() 的从 A 到 bool 的隐式转换
    bool a8 = static_cast<bool>(a1); // OK ：static_cast 进行直接初始化

    B b1(1);     // OK：直接初始化
    B b2 = 1;    // 错误：被 explicit 修饰构造函数的对象不可以复制初始化
    B b3{1};     // OK：直接列表初始化
    B b4 = {1};  // 错误：被 explicit 修饰构造函数的对象不可以复制列表初始化
    B b5 = (B)1; // OK：允许 static_cast 的显式转换
    doB(1);      // 错误：被 explicit 修饰构造函数的对象不可以从 int 到 B 的隐式转换
    if (b1);                            // OK：被 explicit 修饰转换函数 B::operator bool() 的对象可以从 B 到 bool 的按语境转换
    bool b6(b1);                     // OK：被 explicit 修饰转换函数 B::operator bool() 的对象可以从 B 到 bool 的按语境转换
    bool b7 = b1;                    // 错误：被 explicit 修饰转换函数 B::operator bool() 的对象不可以隐式转换
    bool b8 = static_cast<bool>(b1); // OK：static_cast 进行直接初始化

    return 0;
}

friend 友元类和友元函数

• 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

using

using 声明

一条 using 声明 语句一次只引入命名空间的一个成员。它使得我们可以清楚知道程序中所引用的到底是哪个名字。如：

using namespace_name::name;

构造函数的 using 声明

在 C++11 中，派生类能够重用其直接基类定义的构造函数。

class Derived : Base {
public:
    using Base::Base;
    /* ... */
};

如上 using 声明，对于基类的每个构造函数，编译器都生成一个与之对应（形参列表完全相同）的派生类构造函数。生成如下类型构造函数：

Derived(parms) : Base(args) { }

using 指示

using 指示 使得某个特定命名空间中所有名字都可见，这样我们就无需再为它们添加任何前缀限定符了。如：

using namespace name;

尽量少使用 using 指示 污染命名空间

一般说来，使用 using 命令比使用 using 编译命令更安全，这是由于它只导入了指定的名称。如果该名称与局部名称发生冲突，编译器将发出指示。using编译命令导入所有的名称，包括可能并不需要的名称。如果与局部名称发生冲突，则局部名称将覆盖名称空间版本，而编译器并不会发出警告。另外，名称空间的开放性意味着名称空间的名称可能分散在多个地方，这使得难以准确知道添加了哪些名称。

using 使用

尽量少使用 using 指示

using namespace std;

应该多使用 using 声明

int x;
std::cin >> x ;
std::cout << x << std::endl;

或者

using std::cin;
using std::cout;
using std::endl;
int x;
cin >> x;
cout << x << endl;

:: 范围解析运算符

分类

1. 全局作用域符（::name）：用于类型名称（类、类成员、成员函数、变量等）前，表示作用域为全局命名空间
2. 类作用域符（class::name）：用于表示指定类型的作用域范围是具体某个类的
3. 命名空间作用域符（namespace::name）:用于表示指定类型的作用域范围是具体某个命名空间的

:: 使用

#include <iostream>
int count = 0; // 全局（::）的 count

class A
{
public:
    static int count; // 类 A 的 count（A::count）
};

int A::count = 0;

int main()
{
    ::count = 1; // 设置全局的 count 的值为 1

    A::count = 2; // 设置类 A 的 count 为 2

    int count = 0; // 局部的 count
    count = 3;     // 设置局部的 count 的值为 3

    return 0;
}