C++ 基础 - 关键字

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，除了mutable修饰的变量。

使用

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// 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
    const int& fun() 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内部成员进行更改。
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);

mutable

用于在类的成员函数中修饰非静态成员变量，允许在常量成员函数中修改这些成员变量的值(不违反const限定符)。

static

  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，可以将函数定义为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。

volatile

volatile 关键字可以用来提醒编译器使用 volatile 声明的变量随时有可能改变，因此编译器在代码编译时就不会对该变量进行某些激进的优化，故而编译生成的程序在每次存储或读取该变量时，都会直接从内存地址中读取数据。

使用 volatile 关键字声明的变量具有三种特性：

  • 易变的: 假设有读、写两条语句，依次对同一个 volatile 变量进行操作，那么后一条的读操作不会直接使用前一条的写操作对应的 volatile 变量的寄存器内容，而是重新从内存中读取该 volatile 变量的值。
volatile int nNum = 0;  // 将nNum声明为volatile
int nSum = 0;
nNum = FunA();      // nNum被写入的新内容，其值会缓存在寄存器中
nSum = nNum + 1;    // 此处会从内存（而非寄存器）中读取nNum的值
  • 不可优化的: 不要对 volatile 声明的变量进行各种激进的优化，从而保证程序员写在代码中的指令一定会被执行。
volatile int nNum;  // 将nNum声明为volatile
nNum = 1;
printf("nNum is: %d", nNum);

在上述代码中，如果变量 nNum 没有声明为 volatile 类型，则编译器在编译过程中就会对其进行优化，直接使用常量“1”进行替换（这样优化之后，生成的汇编代码很简介，执行时效率很高）。而当使用 volatile 进行声明后，编译器则不会对其进行优化，nNum 变量仍旧存在，编译器会将该变量从内存中取出，放入寄存器之中，然后再调用 printf() 函数进行打印。

  • 顺序执行的: 能够保证 volatile 变量间的顺序性不会被编译器进行乱序优化。由于 volatile 关键字的“顺序执行特性”并非会完全保证语句的顺序执行（如 volatile 变量与非 volatile 变量之间的操作；又如一些 CPU 也会对语句的执行顺序进行优化）。

其他:

  • const 可以是 volatile （如只读的状态寄存器）
  • 指针可以是 volatile

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

  • 默认的访问控制(最本质)

    • 默认的继承访问权限。struct 是 public 的，class 是 private 的。
    • 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。

  • 成员函数

    • 类可以包含成员函数，这些函数可以操作类的私有成员，并且可以实现类的行为和功能。
    • 结构体也可以有成员函数，但是它们的主要目的是为了实现一些操作，而不是定义类似于类的行为。

  • 继承

    • 类可以通过继承实现子类与父类之间的关系，可以使用公共、保护或私有继承来控制成员的访问权限。
    • 结构体也可以继承，但由于其成员默认是公共的，继承可能导致访问权限问题。

  • 构造函数和析构函数

    • 类可以拥有构造函数和析构函数，用于对象的初始化和清理。
    • 结构体也可以有构造函数和析构函数，但是它们的使用场景通常是比较简单的数据封装。

注意：C++ class和 C struct 结合时，最好将C struct作为C++ class的成员，而不是通过继承。

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
详情
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

override、final

  • override 用于表示当前函数重写了基类的虚函数。
  • final 用于禁止类继承、禁止重载虚函数。
class Base {
public:
    virtual void g(); // 虚函数
    virtual void h() = 0; // 纯虚函数
};

class Derived : public Base {
    void g() override; // 表示派生类重写基类虚函数
    void h() final; // 表示不可再被派生类进一步重载
};

class Student final {// 表示类不能被继承
};

virtual

用于声明虚基类、虚函数。虚函数=0时，则为纯虚函数，纯虚函数所在的类称为抽象类。

const、constexpr

  • const 表示所修饰的对象或变量不能被改变。
  • constexpr 用于生成常量表达式，常量表达式主要是允许一些计算发生在编译时，而不是运行的时候。

noexcept

C++11中，用于声明一个函数不可以抛出任何异常。

using

  • using声明一次之引入命名空间中的一个成员。
  • using指示使得某个特定的命名空间中所有的名字都可见。
using std::cout;//using声明
using std;//using指示

头文件与using声明或指示

头文件如果在其顶层作用域中含有using指示或using声明，则会将名字注入到所有包含了该头文件的文件中。通常情况下，头文件应该只负责定义接口部分的名字，而不定义实现部分的名字。因此，头文件最多只能在它的函数或命名空间内使用using指示或using声明。

对命名空间内部名字的查找遵循常规的查找规则：由内向外依次查找每个外层作用域。外层作用域也可能是一个或多个嵌套的命名空间，直到最外层的全局命名空间查找过程终止。

重载与using声明

一个using声明包括了重载函数的所有版本以确保不违反命名空间的接口。

using NS::print

尽量少使用 using 指示 污染命名空间

一般说来，使用 using 声明比使用 using 指示更安全，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指示导入所有的名称，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。

enum

C++ 包含两种枚举：限定作用域和不限定作用域

enum class open_modes {input,output,append};//限定作用域
int i = open_modes::input;//限定作用域的枚举类型不会进行隐式转换

enum color {red,yellow,green};//不限定作用域
int j = color::red;//不限定作用域的枚举类型的枚举成员隐式转换成int

typeid

typeid 运算符用来获取一个表达式的类型信息。

应用: 运行时类型识别（run-time type identification, RTTI）

  • typeid 运算符，用于返回表达式的类型
  • dynamic_cast 运算符，用基类指针或引用安全地转换成派生类的指针或引用

类型含有虚函数时，运算符将使用指针或引用所绑定对象的动态类型。

详情
if(Derived *dp = dynamic_cast<Derived*>(bp)){
    // 使用dp指向的 Derived 对象
}
else{
    // 使用bp指向的 Base 对象
}

if(typeid(*bp) == typeid(*dp)){
    //bp 和 dp指向同一类型对象
}

if(typeid(*bp) == typeid(Derived)){
    //bp 实际指向Derived对象
}

if(typeid(bp) == typeid(Derived)){
    //永远不被指向，bp是指向Base的指针
}

应用: type_info类

详情
#include <iostream>
#include <typeinfo>

class Base {
public:
    virtual void print() {}
};

class Derived : public Base {
public:
    virtual void print() {}
};

int main() {
    Base* basePtr = new Derived();
    
    // 使用typeid运算符获取类型信息
    const std::type_info& type = typeid(*basePtr);
    
    // 输出类型的名称
    std::cout << "Type name: " << type.name() << std::endl;
    
    // 比较类型
    if (type == typeid(Base)) {
        std::cout << "Type is Base" << std::endl;
    } else if (type == typeid(Derived)) {
        std::cout << "Type is Derived" << std::endl;
    } else {
        std::cout << "Type is unknown" << std::endl;
    }
    
    delete basePtr;
    
    return 0;
}

结果

Type name: class Derived
Type is Derived

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
Last Updated:
Contributors: klc407073648