C++ 基础 - 知识点

• C++ 基础 - 知识点
• 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？
• assert()
• sizeof()
• union 联合
• :: 范围解析运算符
  • 分类

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

DETAILS

// 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

DETAILS

#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;
}

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:

DETAILS

#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。

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

DETAILS

#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;
}

:: 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

DETAILS

#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;
}