现代C++实战30讲（2）
本文记录学习吴咏炜老师的《现代C++实战》课程的心得体会，记录自认为值得记录的知识点。
重新认识的点
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编译期间的多态
所有容器类都有
begin和end函数成员，这为通用遍历容器提供可能。很多容器都有size成员，没有继承通用的类。虽然C++标准容器之间没有对象继承关系，但彼此之间存在很多共性，C++中有模板来表达这类共性。显示实例化： template class vector
外部实例化： extern template class vector; 告诉编译器此模板已在其他地方实例化，此处无需再实例化。
上述两项实例化可在大型项目中集中模板的实例化，加速编译过程，但也有额外开销，应当谨慎使用。要求不同的对象拥有共同的成员函数，名字和参数结构都要相同。
如果要在共性中有针对特殊类型的特殊处理，对函数模板使用重载，对类模板使用特化。
基于虚函数的多态，解决的是运行时的行为变化，强调对流程的复用。
基于模板的多态，解决的是同一套代码适用于不同的数据类型，强调对代码的复用。 -
模板元编程
最核心的一点，需要把计算转变为类型推导，具体来说是用编译器的类型推导和类型匹配来表达计算过程。 -
常量表达式
一个constexpr常量是一个编译期间完全确定的常数。 -
Lambda表达式
Lambda表达式一般不需要说明返回值，相当于auto；有特殊情况时，使用后置箭头语法说明： [](int x) -> intauto adder = [](int n){ return n + 2; } adder(2); // 或者更简洁的立即求值 [](int x){return x*x}(3); // 根据不同模式，进行不同处理。 不要求 obj 有默认无参构造函数，又省却了拷贝开销。 auto obj = [init_mode](){ switch(init_mode) { case init_mode1: return obj(xxx); case init_mode2: return obj(xxx2); } }();显式的代码比隐式的代码更容易维护。一般采用按值捕获，如果是按引用捕获，必须小心确保被捕获变量和lambda表达式的生命周期至少一样长
并且在满足下列条件之一时才使用：- 需要在lambda表达式中修改变量并让外部观察到
- 需要看到这个变量在外部被修改的结果
- 这个变量的复制代价比较高
如果是捕获指针，则要保证指针指向的资源生命周期至少和Lambda表达式的一样长。
Lambda表达式从概念上，可理解为一个匿名struct，它实现了 operator() 运算符，支持调用，捕获过程就是给struct中的成员变量赋值的过程 -
函数式编程
标准算法库中有transform，把一个范围内的每个对象经过相同的处理，变成另外一系列对象accumulate，把一个范围内的对象，使用指定的初始值和处理方式，进行归并（默认的处理方式为+，也就是累加）copy_if, 把一个范围内的对象，提取满足指定条件的对象集合partition，把一个范围内的对象，根据过滤条件，分为两组
transform函数可通过在调用中加入 execution::par 来启动并行计算。 accumulate 可用 reduce 来替换，并启动并行计算
获得多核环境下的性能提升。C++17中才有。 -
多线程编程
thread要求在线程变量析构前，要么通过join（阻塞直到线程推出），要么detach（放弃对线程的管理），否则程序会异常退出。
mutex output_lock; void func(const char* name) { this_thread::sleep_for(100ms); lock_guard<mutex> guard{ output_lock }; cout << "I am thread " << name << this_thread::get_id() <<endl; } // 包装一下 thread，使得能在析构时，自动调用 join 接口 class scoped_thread { public: // 通过可变模板和完美转发来构造 template<typename... Arg> scoped_thread(Arg&&... arg) :thread_(std::forward<Arg>(arg)...) {} // 可以移动 scoped_thread(scoped_thread&& other) :thread_(std::move(other.thread_)) {} // 不能拷贝 scoped_thread(const scoped_thread&) = delete; ~scoped_thread() { // 只有可joinable的才能调用join if (thread_.joinable()) { thread_.join(); } } private: thread thread_; }; void test_thread() { #if 0 thread t1{ func , "A" }; thread t2{ func , "B" }; t1.join(); t2.join(); #endif scoped_thread t1{ func, "A" }; scoped_thread t2{ func, "B" }; } -
内存模型
编译器为了优化，可以调整代码执行顺序，保证外部可观测行为一致
处理器的乱序执行，也会调整代码执行顺序。volatile的语义时防止编译器优化对内存的读写，每次都去读写内存，在多处理器环境下，无法保证多个线程能看到同样顺序的数据变化。c++提供原子对象（atomic）以及对应的获得（acquire）、释放（release）语义，可精确控制内存访问顺序。
- 获得是一个对内存的读操作，当前线程的任何后面的读写操作都不允许重排到这个操作前面去。
- 释放是对一个内存的写操作，当前线程的任何前面的读写操作都不允许重排到这个操作的后面去。
atomic变量的写操作，默认是释放语义；读操作默认是获得语义。但是，缺省行为可能是对性能不利的，并不需要在任何情况下都保证操作的顺序性。
原子操作有三类：
- 读： 在读取过程中，读取位置内容不会发生任何变动
- 写： 在写入过程中，其他执行线程不会看到部分写入结果
- 读-修改-写入：读取内存、修改数值、然后写会内存，整个操作过程中间不会有其他写入操作插入、其他执行线程不会看到部分写入结果。
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C++编译器
CLang作为LLVM项目的一部分，现在成为通用跨平台编译器，它在错误信息易用性上，相比于GCC有极大改善。另外，Clang上扩展新功能很容易，有很多流行的生态组件：- 代码自动完成
clang-complete(Vim插件) - 代码格式化
clang-format内置的风格格式需要根据实际情况调整 - 代码静态检查
clang-tidy
CLang在Windows平台上会使用MSVC的C++运行时，在Linux上使用libstdc++，在macOS上，才使用CLang的C++库，libc++
- 代码自动完成
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辅助小工具
- CppCheck
- TscanCode
- 从编译器视角查看源码 C++ Insights
- 从汇编角度查看源码 ComplierExplorer
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多数值对象
在没有optional之前，多数值对象通常采用如下实现方式：struct FloatIntChar { enum ValueType{ FLOAT, INT, CHAR, STRING, }type; // 表示实际存储的数据类型 // 采用联合体，公用同一存储空间 union { float fValue; int nValue; char cValue; //string str; // 增加这个会编译失败 }; };上述做法针对POD类型成员是可行的，一旦引入非POD类型，编译器会看到 union 中使用 string 类型带来构造和析构问题。
如果使用 c++17中引入的variant，就会非常干净利落。variant<string, int, char> obj{ "hello", 1, 'c' }; cout << get<string>(obj) << endl; -
C++工程库介绍
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Concept
概念（Concept）是对模板参数的约束条件，符合这类约束条件的都能被该模板实例化。这里的条件不是某个具体类型，比如 int、long，而是满足某种操作的类型集合。template<typename N> requires Integer<N> N half(N n) { return n / 2; }half是一个函数模板，有一个模板参数N，这个N要满足Integer的概念约束，该函数才能对N进行实例化。 -
课后问答
- 为什么
stack或queue有pop和top/front两个函数，而不合并成一个函数？
解答：如果pop返回元素，在元素拷贝时发生异常，那么这个元素就丢失了，为保证异常安全，pop没有返回值，简化语义，取值使用另外的接口top/front。
- 为什么
