C++知识点学习笔记

zxl19 2021-09-25

我的C++知识点学习笔记。

整理中

C++ Hello World

C++和C的区别

  1. C++是面向对象的语言，C是面向过程的语言；
  2. C++引入new/delete运算符，取代了C中的malloc/free库函数；
  3. C++引入引用的概念，而C中没有；
  4. C++引入类的概念，而C中没有；
  5. C++引入函数重载的特性，而C中没有；

面向对象的三大特征

  1. 封装：封装是面向对象方法的一个重要原则，就是把对象的属性和服务结合成一个独立的系统单位，并尽可能隐蔽对象的内部细节；
  2. 继承：特殊类的对象用于其一般类的全部属性与服务，称作特殊类对一般类的继承；

  3. 多态：多态性是指在一般类中定义的属性或行为，被特殊类继承之后，可以具有不同的数据类型或表现出不同的行为；

    • 静态多态：编译时的多态，绑定工作在编译连接阶段完成，称为静态绑定，e.g. 函数重载（包括运算符重载）；
    • 动态多态：运行时的多态，绑定工作在程序运行阶段完成，称为动态绑定，e.g. 虚函数；

C++关键字

const关键字

符号常量

const value_type variable_name = variable_value;
  1. 符号常量在使用之前一定要首先声明：
  2. 符号常量不能被赋值：

常对象

const class_name object_name;
  1. 常对象必须进行初始化，而且不能被更新；
  2. 在声明常对象时，把const关键字放在类型名后面也是允许的，不过人们更习惯于把const写在前面；
  3. 基本数据类型的常量也可看作一种特殊的常对象，因此，后面将不再对基本数据类型的常量和类类型的常对象加以区分；

用const修饰的类成员

常成员函数
value_type function_name(variables) const;
  1. const是函数类型的一个组成部分，因此在函数的定义部分也要带const关键字；
  2. 如果将一个对象声明为常对象，则通过该常对象只能调用它的常成员函数，而不能调用其他成员函数（这就是C++从语法机制上对常对象的保护，也是常对象唯一的对外接口方式）；
  3. 无论是否通过常对象调用常成员函数，在常成员函数调用期间，目的对象都被视同为常对象，因此常对象函数不能更新目的对象的数据成员，也不能针对目的对象调用该类中没有用const修饰的成员函数（这就保证了在常成员函数中不会更改目的对象的数据成员的值）；

  4. const关键字可以用于对重载函数的区分，如果仅以const关键字为区分对成员函数重载，那么通过非const的对象调用该函数，两个重载的函数都可以与之匹配，这时编译器将选择最近的重载函数——不带const关键字的函数：

     T& operator[](const std::size_t i) { return data_[i]; }
 const T& operator[](const std::size_t i) const { return data_[i]; }
常数据成员
const value_type variable_name;
static const value_type variable_name;
  1. 类的成员数据也可以是常量；
  2. 常数据成员只能通过初始化列表来获得初值；
  3. 静态常数据成员在类外说明和初始化；

常引用

const value_type& reference_name;
  1. 常引用所引用的对象不能被更新；
  2. 如果用常引用作形参，便不会意外地发生对实参的更改；
  3. 对于在函数中无须改变其值的参数，不宜使用普通引用方式传递，因为那会使得常对象无法被传入，采用传值方式或传递常引用的方式可避免这一问题；
  4. 对于大对象来说，传值耗时较多，因此传递常引用为宜；
  5. 复制构造函数的参数一般也宜采用常引用传递；
  6. 在32位处理器上，小于4字节的数据类型建议传值，在64位处理器上，小于8字节的数据类型建议传值；

delete关键字

enum关键字

extern关键字

外部变量和外部函数

C++和C的混合编程

使用extern "C"实现C++和C的混合编程

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

void display();

#ifdef __cplusplus
}
#endif

friend关键字

inline关键字

inline value_type function_name(variables) {
    // implementation
}
  1. 内联函数不是在调用时发生控制转移，而是在编译时将函数体嵌入在每一个调用处；
  2. 对于一些功能简单、规模较小又使用频繁的函数，可以设计为内联函数；

new关键字

static关键字

静态数据成员

  1. 如果某个属性为整个类所共有，不属于任何一个具体对象，则采用static关键字来声明为静态成员；
  2. 类属性是描述类的所有对象共有特征的一个数据项，对于任何对象实例，它的属性值是相同的；
  3. 静态数据成员具有静态生存期；
  4. 由于静态数据成员不属于任何一个对象，因此可以通过类名对它进行访问，一般的用法是类名::标识符；
  5. 在类的定义中仅仅对静态数据成员进行引用性声明，必须在命名空间作用域的某个地方使用类名限定定义性声明，这时也可以进行初始化（在类中声明，在类外初始化）；

静态函数成员

static value_type function_name(variables);
  1. 静态函数成员可以直接访问该类的静态数据和函数成员；
  2. 而访问非静态成员，必须通过对象名；

this关键字

typedef关键字

typedef type_name aliases
  1. 用于将一个标识符声明成某个数据类型的别名，然后将这个标识符当做数据类型使用；
  2. 新类型名表中可以有多个标识符，它们之间以逗号分隔；

using关键字

virtual关键字

虚函数

虚函数是动态绑定的基础。虚函数必须是非静态的成员函数。虚函数经过派生之后，在类族中就可以实现运行过程中的多态。

一般虚函数成员
virtual value_type function_name(variables);
  1. 虚函数声明只能出现在类定义中的函数原型声明中，而不能在成员函数实现的时候；

  2. 运行过程中的多态需要满足三个条件：

    • 赋值兼容原则；
    • 虚函数；
    • 由成员函数来调用或者是通过指针、引用来访问虚函数；
  3. 虚函数一般不声明为内联函数，因为对虚函数的调用需要动态绑定，而对内联函数的处理是静态的，所以虚函数一般不能以内联函数处理。但将虚函数声明为内联函数也不会引起错误；
虚析构函数
virtual ~ClassName();

纯虚函数和抽象类

纯虚函数
virtual value_type function_name(variables) = 0;
抽象类
  1. 带有纯虚函数的类是抽象类；
  2. 抽象类不能实例化；

区别辨析

结构体struct和类class

  1. 结构体是一种特殊形态的类，它和类一样，可以有自己的数据成员和函数成员，可以有自己的构造函数和析构函数，可以控制访问权限，可以继承，支持包含多态等，二者定义的语法形式也几乎一样；

  2. 结构体和类的唯一区别在于，结构体和类具有不同的默认访问控制属性：

    • 在类中，对于未指定访问控制属性的成员，其访问控制属性为私有类型private；
    • 在结构体中，对于未指定任何访问控制属性的成员，其访问控制属性为公有类型public；
  3. C++引入结构体是为了保持和C程序的兼容性；

结构体struct和联合体union

  1. 联合体是一种特殊形态的类，它可以有自己的数据成员和函数成员，可以有自己的构造函数和析构函数，可以控制访问权限；
  2. 与结构体一样，联合体也是从C语言继承而来的，因此它的默认访问控制属性也是公共属性的；
  3. 联合体的全部数据成员共享同一组内存单元；

  4. 联合体在存储时具有两种存储形式，具体采用哪种存储形式由处理器决定：

    • 大端模式（big endian）：高位字节保存在内存中的低位地址，低位字节保存在内存中的高位地址，这种存储方式符合人的正常思维习惯；
    • 小端模式（little endian）：低位字节保存在内存中的低位地址，高位字节保存在内存中的高位地址，这种存储方式有利于计算机处理；

#define和const

const和constexpr

size_t和int

typedef unsigned int size_t;    // 32位
typedef unsigned long size_t;   // 64位

与int固定四个字节不同，size_t的取值范围是目标平台下最大可能的数组尺寸，一些平台下size_t的范围小于int的正数范围，又或者大于unsigned int，使用int既有可能浪费，又有可能范围不够大。

NULL和nullptr

为解决NULL代指空指针存在的二义性问题，在C++11中引入nullptr关键字来代指空指针：

NULL        // 0
nullptr     // 空指针，C++11引入

C++11

关于嵌套模板中相邻的右尖括号

C++11支持嵌套模板中相邻的右尖括号写作>>：

vector<vector<int>>

早期C++标准要求嵌套模板中相邻的右尖括号写作> >：

vector<vector<int> >

其原因是为了避免与输入流运算符>>混淆，否则会报错：

'>>' should be '> >' within a nested template argument list.

关于auto和decltype

  1. auto：让编译器在编译期就推导出变量的类型，可以通过=右侧的类型推导出变量的类型；
  2. decltype：相对于auto用于推导变量类型，而decltype则用于推导表达式类型，这里只用于编译器分析表达式的类型，表达式实际不会进行运算；

constexpr关键字

default关键字

delete关键字

for循环

基于范围的for循环：

vector<int> vec;
for (int i : vec) {}
string str;
for (char c : str) {}

关于智能指针

使用时需要包含头文件：

#include <memory>
  1. std::auto_ptr：自动指针，C++11弃用，C++17移出；
  2. std::shared_ptr：共享指针；
  3. std::weak_ptr：弱共享指针；
  4. std::unique_ptr：独享指针；

共享指针std::shared_ptr

  1. 初始化方法，以指向int类型的共享指针为例：

     // 空共享指针，初始引用计数为0
 std::shared_ptr<int> p1;
 std::shared_ptr<int> p1(nullptr);
 p1.reset(new int(10));
 // 赋值构造
 std::shared_ptr<int> p2(new int(10));
 std::shared_ptr<int> p2 = std::make_shared<int>(10);    // 辅助构造函数
 // 拷贝构造
 std::shared_ptr<int> p3(p2);
 std::shared_ptr<int> p3 = p2;
 // 移动构造
 std::shared_ptr<int> p4(std::move(p3));
 std::shared_ptr<int> p4 = std::move(p3);

  2. 共享指针辅助构造函数make_shared()原型声明：

     template <class T, class... Args>
 shared_ptr<T> make_shared(Args&&... args);

  3. 常用成员函数原型声明：

     void swap(std::shared_ptr& x) noexcept;     // 交换指针内容
 void reset() noexcept;                      // 重置指针为空指针
 template <class U> void reset(U* p);        // 重置指针为指定指针，要求U类型指针能够隐式转换为T类型指针
 element_type* get() const noexcept;         // 返回指针
 long int use_count() const noexcept;        // 返回引用计数
 bool unique() const noexcept;               // 判断是否独享

独享指针std::unique_ptr

  1. 初始化方法，以指向int类型的独享指针为例：

     // 空独享指针
 std::unique_ptr<int> p1;
 std::unique_ptr<int> p1(nullptr);
 p1.reset(new int(10));
 // 赋值构造
 std::unique_ptr<int> p2(new int(10));
 std::unique_ptr<int> p2 = std::make_unique<int>(10);    // 辅助构造函数
 // 移动构造
 std::unique_ptr<int> p3(std::move(p2));
 std::unique_ptr<int> p3 = std::move(p2);

  2. 独享指针禁止拷贝构造，拷贝构造函数原型声明：

     // 使用delete关键字禁止编译器使用拷贝构造函数
 std::unique_ptr(const std::unique_ptr&) = delete;
 // 拷贝构造无法编译通过
 // std::unique_ptr<int> p4(p3);
 // std::unique_ptr<int> p4 = p3;

  3. 独享指针辅助构造函数make_unique()原型声明：

     // C++14引入
 template <class T, class... Args>
 unique_ptr<T> make_unique(Args&&... args);

 // 在C++11中的实现
 template <typename T, typename... Args>
 std::unique_ptr<T> make_unique(Args&&... args) {
     return std::unique_ptr<T>(new T(std::forward<Args>(args)...));
 }

  4. 常用成员函数原型声明：

     element_type* get() const noexcept;         // 返回指针
 element_type* release() noexcept;           // 返回指针，重置指针为空指针，释放对原内存的所有权，但是不释放原内存
 void reset(element_type* p) noexcept;       // 重置指针为指定指针，释放原内存
 void swap(std::unique_ptr& x) noexcept;     // 交换指针内容

参考

  1. 《C++语言程序设计》
  2. cplusplus
  3. 校招C++大概学习到什么程度？-程序员内功修炼的回答-知乎
  4. C++教程-菜鸟教程
  5. C++入门教程-C语言中文网
  6. C++11教程-C语言中文网
  7. extern “C”-C语言中文网
  8. 共用体的大端模式和小端模式1-CSDN博客
  9. 共用体的大端模式和小端模式2-CSDN博客
  10. size_t和int1-CSDN博客
  11. size_t和int2-CSDN博客
  12. NULL和nullptr-CSDN博客
  13. 嵌套模板中的»1-Stack Overflow
  14. 嵌套模板中的»2-Stack Overflow
  15. C++11新特性，所有知识点都在这了！-程序喵大人的文章-知乎
  16. default和delete-CSDN博客
  17. c++是否应避免使用普通指针，而使用智能指针（包括shared，unique，weak）？-张小方的回答-知乎
  18. 现代C++：一文读懂智能指针-FOCUS的文章-知乎
  19. C++智能指针-小小将的文章-知乎
  20. C++11 shared_ptr智能指针-C语言中文网
  21. C++11 unique_ptr智能指针详解-C语言中文网
  22. C++11 weak_ptr智能指针-C语言中文网
  23. std::unique_ptr release的使用-博客园