c++学习笔记（九）—— 进阶内容

• 特殊库
  • tuple
    • 模糊获取tuple的成员数量和类型
    • 解包
  • bitset
    • 构造函数
    • 操作
  • 正则表达式
    • 搜索方法
    • regex
    • 标志集
    • 匹配结果容器
    • 异常处理
    • 注意点
    • 获取所有匹配结果
    • smatch操作
    • ssub_match操作
    • regex_replace
  • 随机数
  • IO操作符
    • 使用样例
    • 操作符清单
    • iomanip库
    • 未格式化的IO操作
    • 流随机访问
• 用于大型程序的工具
  • 异常处理
    • 构造函数异常
    • 异常类层次
  • 命名空间
    • 内联命名空间
    • 未命名的命名空间
    • 命名空间别名
• 特殊工具和技术
  • 运行时类型识别（RTTI）
    • 指针类型动态转换（dynamic_cast）
    • 引用类型动态转换（dynamic_cast）
    • typeid
      • typeid操作
    • 使用RTTI
• 枚举
  • 设置潜在类型
  • 提前声明enum
• 类成员指针
• union
  • 匿名union
• 局部类
• 不可移植的特性
  • 位域
  • volatile
  • 链接指示：extern "C"
• tips

特殊库

tuple

模糊获取tuple的成员数量和类型

typedef decltype(item) trans;
// 获取成员数量
size_t sz = tuple_size(trans)::value;
// cnt和item中的第二个成员类型相同
tuple_element<1, trans>::type cnt = get<1>(item);

解包

std::tuple<char, int, long, std::string> fourth('A', 2, 3, "4");

// 定义变量，保存解包结果
char tuple_0    = '0';
int tuple_1        = 0;
long tuple_2    = 0;
std::string tuple_3("");

// 使用std::tie, 依次传入对应的解包变量
std::tie(tuple_0, tuple_1, tuple_2, tuple_3) = fourth;

bitset

头文件：bitset

构造函数

原型	说明	说明2	样例
bitset b;	n位，每一位均为0	constexpr
bitset b(u);	unsigned long long低n位的拷贝	constexpr
bitset b(s, pos, m, zero, one);	从pos开始m个字符的拷贝。0和1的字符支持自定义
bitset b(cp, pos, m, zero, one);	和上一个一样，换成char*

操作

置位：x位变成1
复位：x位变成0

原型	说明
b.any()	是否存在置位
b.all()	是否所有位都置位
b.none()	不存在置位？
b.count()	置位的位数
b.size()	constexpr，返回位数
b.test(pos)	如果pos是置位的则为true，否则为false
b.set(pos, v)	设置。v默认为true
b.set()	将b中所有位置位
b.reset(pos)	pos位置复位
b.reset()	所有位复位
b.flip(pos)	反转pos位
~b[pos]	和上一个等价
b.flip()	反转所有位
b[pos]	如果b是const，则返回bool
b.to_ulong()	拼成unsigned long。如果放不下，抛出overflow_error异常
b.to_ullong()	同上，拼成unsined long long
b.to_string(zero, one)	拼成string。zero和one默认为'0'和'1'
os << b	打印0和1的字符串
is >> b	当下一位不是0或1，或者已经读满时，读取停止

正则表达式

头文件：regex
默认情况下regex的正则语言是：ECMAScript(ECMA-262规范)

搜索方法

• regex_search：如果输入序列的一个子串和表达式匹配，返回true
• regex_match：如果整个序列都匹配，返回true

这俩接口的参数是一样的：

(seq, m, r, mft)
(seq, r, mft)

seq: 匹配串
r: 正则串，regex对象
m：match容器，用于存储结果
mft：匹配参数，详细见后

regex

• regex r(re, f=ECMAScript)
  re表示一个正则表达式，f表示标志，详细见下
• r1 = re
  regex支持直接赋值
• r1.assign(re, f)
  和上面等价
• r.mark_count()
  r中表达式的数目
• r.flags
  返回r的标志集

标志集

定义在regex和regex_constants::syntax_option_type中

• icase: 在匹配过程中忽略大小写
• nosubs：不保存匹配的子表达式
• optimize：执行速度优先于构造速度
• ECMAScript：使用ECMA-262指定的语法
• basic：使用POSIX基本的正则表达式语法
• extended：使用POSIX扩展的正则表达式语法
• awk：使用POSIX的awk语言的语法
• grep：使用POSIX的grep语言的语法
• egrep：使用POSIX的egrep语言的语法

匹配结果容器

• smatch：string类型的输入序列
• cmatch：char*
• wsmatch：wstring
• wcmatch：wchar*

smatch会存储n+1个结果（n表示表达式的数量），第0个表示整个匹配，后面跟上每个子表达式的结果。

异常处理

如果正则表达式错了，会抛出regex_error错误

• error_collate：无效的元素校对请求
• error_ctype：无效的字符类
• error_escape：无效的转义字符或无效的尾指转义
• error_backref：无效的向后引用
• error_brack：不匹配的方括号
• error_paren：不匹配的小括号
• error_brace：不匹配的花括号
• error_badbrace：{}中无效的范围
• error_range：无效的字符范围，如[z-a]
• error_space：内存不足
• error_badrepeat：重复字符*、?、+或{之前没有有效的正则表达式
• error_complexity：要求的匹配过于复杂
• error_stack：栈空间不足

注意点

1. 【.】在正则中表示所有字符，如果想匹配字面意义上的【.】的话，需要加通配符。但是【\】在正则中也是特殊字符，所以在正则中【\\】才表示去正则，即【\\.】

获取所有匹配结果

• sregex_iterator it(b, e, r);
• sregex_iterator end; // 尾后迭代器/空迭代器

example:

string search_s("receipt freind theif receive");
string pattern("[^c]ei");
pattern = "[[:alpha:]]*" + pattern + "[[:alpha:]]*";
regex r(pattern, regex::icase);
for (sregex_iterator it(search_s.begin(), search_s.end(), r), end_it; it != end_it; ++it)
{
    cout << it->str() << endl;
}
/*
    输出结果：
    freind
    receive
*/

smatch操作

• m.size()
  如果匹配失败，返回0；否则返回最近一次匹配的正则表达式中子表达式的数目
• m.prefix()
  ssub_match对象，表示当前匹配之前的序列
• m.suffix()
  ssub_match对象，表示当前匹配之后的序列
• m.str(n)
  第n个子表达式匹配的string
• m[n]
  对应第n个子表达式的ssub_match对象

ssub_match操作

• matched
  是否匹配了
• first/second
  匹配元素首尾迭代器，未匹配则两者相等
• length()
  匹配的大小
• str()/s = ssub
  匹配部分

regex_replace

using std::regex_constants::format_default;

string fmt = "$2.$5.$7";
regex r(phone),
string num = "(908)555-1800";
cout << regex_replace(num, r, fmt, format_default) << endl;
// 输出：908.555.1800

随机数

因为rand库存在局限性，所以c++程序员应该使用default_random_engine类和恰当的分布类对象

• 随机数引擎类：生成随机unsigned整数序列
• 随机数分布类：使用引擎返回服从特定概率分布的随机数

随机数发生器：分布对象和引擎对象的组合

一般使用方式：

uniform_real_distribution<double> u(0, 1);  //分布类一般为xxx_distribution，详细数据搜索相关文档
default_random_engine e; //引擎类一般为xxx_engine，详细数据搜索相关文档
cout << u(e) << endl;

IO操作符

用于控制IO如何格式化的细节，如果整型值是几进制、浮点数的精度、输出元素的宽度等

注： 当操作符改变流的格式状态时，通常改变后的状态对所有后续IO都生效。因此要注意及时还原

使用样例

//控制布尔值的格式
cout << true << " " << false << endl 
     << boolalpha
     << true << " " << false << endl;
/*
预期结果：
1 0
true false
*/

操作符清单

前面带(*)的表示默认状态

• boolalpha: 将true和false输出为字符串
• (*) noboolalpha： T/F输出为1/0
• showbase：对整型值输出表示进制的前缀
• (*) noshowbase：不输出前缀
• showpoint：对浮点数总是显示小数点
• (*) noshowpoint：只有当浮点值包含小数部分时才显示小数点
• showpos：非负数显示+
• (*) noshowpos：非负数不显示+
• uppercase：十六进制打印0X，科学计数法打印E
• (*) nouppercase：十六进制打印0x，科学计数法打印e
• (*) dec：整型值显示为十进制
• hex：整型值显示为十六进制
• oct：整型值显示为八进制
• left：在值的右侧添加填充字符
• right：在值的左侧添加填充字符
• internal：在符号和值之间添加填充字符
• fixed：浮点数显示为定点十进制
• scientific：浮点数显示为科学计数法
• hexfloat：浮点数显示为十六进制（c++11）
• defaultfloat：重置浮点数格式为十进制（c++11）
• unitbuf：每次输出操作后都刷新缓冲区
• (*) nounitbuf：恢复正常的缓冲区刷新方式
• (*) skipws：输出运算符跳过空白符
• noskipws：输出运算符不跳过空白符
• flush：刷新ostream缓冲区
• ends：插入空字符，刷新缓冲区
• endl：冲入换行符，刷新缓冲区

iomanip库

• setfill(ch)：用ch填充空白
• setprecision(n)：设置精度
• setw(w)：控制读写值宽度
• setbase(b)：将输出为b进制

这些方法只控制下一个输出的状态，不改变输出流

未格式化的IO操作

单字节处理：

• is.get(ch)
• os.put(ch)
• is.get()
• is.putback(ch)
• is.unget()
• is.peek()

多字节处理:

• is.get(sink, size, delim): 读size个字符，存到sink里，直到读到delim
• is.getline(sink, size, delim)
• is.read(sink, size)
• is.gcount(): 返回上一个为格式化读取操作从is读取的字节数
• os.write(source, size)
• is.ignore(size, delim)

流随机访问

只支持fstream和sstream
下列操作g表示输入流，p表示输出流

• tellg()： 返回当前标记的位置
• tellp()
• seekg(pos)： 将标记重定位到绝对位置
• seekp(pos)
• seekg(off, from)：定位到from之前或之后的off个字符
• seekp(off, from)

读取文件样例：

ifstream oFile;
oFile.open("xxx", ios::in | ios::binary);
if (oFile)
{
  oFile.seekg(0, oFile.end);
  size_t iSize = oFile.tellg();
  char* sink = new char[iSize + 1];
  oFile.seekg(0, oFile.beg);
  oFile.read(sink, iSize);
  oFile.close();
}

用于大型程序的工具

异常处理

构造函数异常

处理构造函数初始值异常的唯一方法是将构造函数写成函数try语句块

template <typename T>
Blob<T>::Blob(std::initializer_list<T> il) try: data(std::make_shared<std::vector<T>>(il)) {
  //空函数体
} catch(const std::bad_alloc &e) {
  handle_out_of_memory(e);
}

异常类层次

• exception
  • bad_cast
  • bad_alloc
  • runtime_error
    • overflow_error
    • underflow_error
    • range_error
  • logic_error
    • domain_error
    • invalid_argument
    • out_of_error
    • length_error

命名空间

内联命名空间

inline namespace PersonCode {
  void func1();
}
namespace PersonCode { // 隐式内联
  void func2();
}
namespace PersonCode2 {
  void func3();
}

// 另一个文件
namespace MainCode{
  #include "PersonCode.h"
  #include "PersonCode2.h"
}
MainCode::func1();  // 可以直接使用
MainCode::func2();
MainCode::PersonCode2::func3();  // 需要一层层申明

未命名的命名空间

仅在特定的文件内部有效，其作用范围不会横跨多个不同的文件。

如果两个文件都含有未命名的命名空间，则这两个空间互相无关。

命名空间别名

一个命名空间可以有好几个同义词或别名，所有别名都与命名空间原来的名字等价。

namespace person = PersonCode;

特殊工具和技术

运行时类型识别（RTTI）

有时会用在不同库指针或引用直接交互的情况

指针类型动态转换（dynamic_cast）

// base含有虚函数，Derived是base的公有派生类
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
}

引用类型动态转换（dynamic_cast）

void f(const base &b)
{
  try {
    const  &d = dynamic_cast<const Derived&>(b);
    // 使用b引用的Derived对象
  }
  catch (std::bad_cast)
  {
    // 处理转换失败的情况
  }
}

typeid

用来动态判断类型的函数。

1. 顶层const会被忽略
2. 如果表达式是一个引用，会返回该引用所引对象的类型（即不包含&）
3. 作用数组或函数时，不会执行向指针的类型转换

当typeid作用于指针时（而非指针所指的对象），返回的结果是该指针的静态编译时的类型

Derived* dp = new Derived();
Base* bp = dp;
cout << boolalpha;
if (typeid(*bp) == typeid(*dp))
{
    cout << "test1: " <<  true << endl;
}
if (typeid(*bp) == typeid(Derived))
{
    cout << "test2: " << true << endl;
}
cout << false << endl;
// 运行结果： false

typeid操作

返回值类型：type_info

typeid(Derived).name();  // 输出类型名，具体输出内容依赖编辑器
typeid(Derived).before(typeid(Base));  //判断前后顺序，顺序关系依赖于编辑器

使用RTTI

bool operator== (const Base &lhs, const Base &rhs)
{
  return typeid(lhs) == typeid(rhs) && lhs.equal(rhs);
}

这个写法的优点：

1. 即使是继承关系的类，也能确保不同类之间不相等
2. 派生类中，可以重载equal

枚举

有两种：限定作用域的和不限定作用域的

• enum：不限定
• enum class：限定，C++11添加

不限定作用域的可以隐式转化成int，限定作用域的不可以，所以作为库的对外接口时，不能用enum class。

C++11可以【设置潜在类型】和【提前声明enum】

设置潜在类型

默认类型是int

enum intValues : unsigned long long
{
  long_type = 111111111111111111111111ULL,
}

提前声明enum

enum intValues : unsigned long long;

类成员指针

可以在类的外部定义指向数据成员和函数成员的指针

class Math
{
public:
    int x, y;
    Math() = default;
    Math(int x1, int y1) : x(x1), y(y1) {};

    int GetY()
    {
        return y;
    }

    int SetAndGetY(int y2)
    {
        this->y = y2;
        return this->y;
    }

    bool SetXY(int x1, int y1)
    {
        x = x1;
        y = y1;
        return true;
    }


private:
    int z = 6;
    int GetZ()
    {
        return z;
    }
};

int main()
{
    Math obj(1, 2);

    const int Math::*p = &Math::x;
    cout << obj.*p << endl;

    auto pmf = &Math::GetY;
    cout << (obj.*pmf)() << endl;

    int (Math:: * pmf2)(int);
    pmf2 = &Math::SetAndGetY;
    cout << (obj.*pmf2)(6) << endl;
    cout << (obj.*pmf)() << endl;

    using SetXY = bool (Math::*)(int x1, int y1);
    SetXY set_xy = &Math::SetXY;
    cout << boolalpha << (obj.*set_xy)(1, 2) << endl;
    // 不可以改成obj.*set_xy(1, 2)
}

因为函数调用运算符的优先级较高，所以在声明指向成员函数的指针并使用这样的指针进行函数调用时，括号必不可少: (obj.*set_xy)(1, 2)

union

联合是一种特殊的类，一种节省空间的类。

union可以定义包含构造函数和析构函数在内的成员函数。但是因为它既不能继承其他类，也不能作为基类使用，所以union中不能含有虚函数。

匿名union

union {
  char cval;
  int ival;
};

匿名union不能包含private和protect，也不能定义成员函数

匿名的union在该作用域内可以直接访问成员，因此常用于管理类中的成员

局部类

局部类的所有成员（包括函数）都必须完整定义在类的内部。因此局部类和嵌套类的作用还是差的很远。

局部类只能访问外层作用域定义的类型名、静态变量以及枚举成员。普通局部变量无法访问。

不可移植的特性

因机器而异的特性，通常换台机器就要重写。

位域

位域在内存中的布局是与机器相关的

class File {
  unsigned int mode : 2;
}

volatile

当对象的值可能在程序的控制或检测之外被改变时，应该将该对象声明为volatile，告诉编辑器不应对这样的对象进行优化。

注：合成的拷贝/移动构造函数以及赋值运算符，不能用于volatile对象，除非自定义。

链接指示：extern "C"

用于指出这是非c++函数用的语言。常用于库的接口。

在构建dll时，通常还会带上_declspec(dllexport)声明导出函数、类、对象。

尤其是函数指针，有没有指示是不同的

void (*pf1)(int);  // 指向一个c++函数

#ifdef __cplusplus  // 兼容c和c++编译同一个源文件
extern "C" void (*pf2)(int);  // 指向一个c函数
#endif

pf1 = pf2;  // 错误：类型不同

tips

• 正则表达式是在运行时编译的，所以操作是非常慢的，注意避免多余的regex构建。尤其在循环中，尽可能在循环外创建regex
• 循环中使用随机数需要注意seed的问题，同一个循环中的time(0)是相同的，会生成相同的结果
• 在栈展开的过程中，运行类类型的局部对象的析构函数。因为这些析构函数是自动执行的，所以他们不应该抛出异常。一旦在栈展开的过程中析构函数抛出了异常，并且析构函数自身没能捕获到该异常，则程序将被终止。
• 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
• 在链接命令中给出所依赖的库时，需要注意库之间的依赖顺序，依赖其他库的库一定要放到被依赖库的前面