现代C++与STL

现代C++与STL

vector

• 建在堆上，可伸缩，可能有预留空间的动态数组

• end()只能用于表示位置，不能用于访问元素

• vector构造/析构/拷贝/移动时，其中所有元素自动构造/析构/拷贝/移动

• 增大capacity时，其实是把原vector复制一遍，再把新加入的元素拷贝到新的地址，然后释放原来的vector的内存。因此当capacity扩大后，原迭代器会失效。

• 如果元素类型是指针，vector不管指针所指向的对象的生命周期

• vector<int> v(3);
  v.push_back(1);
  v.push_back(1);
  //v.capacity() == 6
  vector<int> v2 = v;
  //v2.capacity() == 5
  

vector的内存管理

• 插入元素时，会分配新的内存空间，把pos之前的元素拷贝到新空间，插入新元素，再将pos及之后的元素拷贝到新空间，最后销毁原空间。开销很大

迭代器

• 迭代器支持原生指针的多数操作，vector的迭代器支持所有操作

• 迭代器的有效性

  有些容器的某些操作会使已创建的迭代器失效

  尽量避免在遍历的同时增删元素

泛型算法

sort(vec.begin(), vec.end());
sort(arr, arr + 3);

//原生数组和其他容器都支持
std::sort(std::begin(x), std::end(x));

string

std::string s1 = "abc";
std::string s2 = "abc";

//字符串常量是左值，所有内容相同的字符串常量都共用一个地址
cout<<&"abc"<<endl;
cout<<&"abc"<<endl;
/**输出
0x100a1bf94
0x100a1bf94
*/

• capacity和size永远相等，按需扩展，和vector的capacity成倍增长不同

• 尽可能使用std::string，不用c风格字符串

固定宽度类型

• C++内置类型的short、int、long等类型的字节宽度在不同平台是不一样的，应当优先使用C++11标准库定义的跨平台的固定宽度类型：int8_t int16_t int32_t int64_t uint8_t uint16_t uint32_t uint64_t

• printf等格式化函数中，格式化符是与内置类型绑定的，如%d对应int。使用固定宽度类型后，不应该再使用这类函数。

byte

• 将对象编码为字节信息（跨系统传递对象时）。以前经常使用char或unsigned char来表示字节

• 为避免歧义，C++17引入了std::byte类型，代表二进制bit内容，只能做位运算，不能直接赋值。

• 可用static_cast将其他类型转换成byte

• 将对象编码为字节信息时，应当保证编码方式在任何平台上都是固定的，而不依赖于当前平台的内存字节布局。主流网络协议都是大端序

auto

• 防止未初始化变量、类型名太长

• auto x = -1;
  cout << boolalpha << (x < sizeof(x)) << endl;
  //x被转换为unsigned，输出false
  

• 当想要的类型不是int时，不要使用auto+整数数字初始化

• 不要在表达式中混用有符号和无符号类型

• auto不会自动添加const、引用等类型（使用模板推导类型）

  int &getRef();
  int main()
  {
      //这里x是int，而不是int&
      auto x = getRef();
  
      //int &
      auto &y = getRef();
  
      //const int
      const auto z = x + 1;
  }
  

• 使用auto &时，总是得到引用，且const属性会被保留

• auto不可能推导出原生数组，原因是不能用一个数组直接初始化另一个数组

• auto可以用于推导函数返回值，前提是函数定义可见、每个return表达式类型一致。如果函数定义在当前文件不可见，则编译器无法推导返回值类型，报编译错误。

统一{}初始化

//多种初始化方式
int x(0);
int y = 0;
int z = {0};

• 在C++11中，{}初始化方式适用于所有初始化场景

• {}初始化不允许implicit缩窄转换

• 大括号列表在某些时候会被自动转换为std::initializer_list 类型，此时每个元素的类型必须一样

• std::initializer_list 中的元素不能修改。他只是对原始大括号列表的数据引用，其本身的复制开销很小，没有必要传递它的引用。

• 不要直接保存std::initializer_list ，以免发生悬空引用

• 可以通过添加std::initializer_list 参数的构造函数，让自定义的类支持统一初始化

• 大括号列表表达式没有类型，不能用于模板参数类型推导。但如果确定类型为initializer_list ，则大括号列表可以自动转换为initializer_list

constexpr

• const修饰的变量，其值不能修改，但其值不一定能在编译器确定

• constexpr确保在编译期实现求值，可以用于数组长度和模板参数。

• 使用constexpr有利于编译器做更好的优化

• constexpr常量初始化时，其值必须在编译时就能算出来，因此不能使用普通变量和普通函数，但可以使用constexpr的变量和函数

  constexpr int x = 5;    //👌
  constexpr int y = x + 1;//👌  
  int m = x;              //👌
  constexpr int z = m;    //だめ
  constexpr double w = std::pow(1, 2.0);//だめ
  

• constexpr函数可以在运行时调用

• constexpr函数隐含inline属性，因此对外提供的接口一般直接定义在头文件中

• 尽可能把函数定义成constexpr，但是一个函数要能参与编译期计算，必须符合一定条件

  • constexpr函数内只能调用constexpr函数（C库、C++17库的函数都不是constexpr）

  • 禁止分配堆内存（如很多容器）（从C++20开始，大部分容器可以在constexpr中使用）

  • 函数内的局部变量必须在声明时初始化

  • 不会抛出异常、不能带虚函数、没有指针类型的转换

• 构造函数也可以是constexpr

static_assert编译期校验

std::array

• 类似传统数组，内部元素必须是同一类型，大小必须在编译时已知

• 用size() 直接获取元素个数

• 传参时不会退化为指针

• 使用at() 方法，越界时会抛出异常

• 没有构造/析构函数

• 初始化行为和普通数组一样

• C++17可以同时推导类型和长度

  std::array arr = {1, 2, 3};
  //指定类型后不能推导长度
  

右值引用

• C++11新增右值引用，可以将对象内容移动，避免拷贝

• 对const T &&进行move，不会move，而是拷贝

• 所有参数都是左值

=delete

class MyClass
{
   public:
      MyClass(const MyClass &) = delete;
      MyClass &operator = (const MyClass &) = delete;  
};

=default

• 构造函数：对于有默认构造函数的成员，调用其默认构造函数，否则不赋予初始值

• 析构函数：队友有析构函数的成员，调用其析构函数

• 拷贝构造和拷贝赋值：依次调用每个成员的拷贝构造/赋值

• 移动构造和移动赋值：依次调用每个成员的移动构造/赋值

• 小心浅拷贝

unique_ptr

• 不允许拷贝，只允许移动

• 实现了解引用(*)，成员访问(->)，和其他指针比较(==)，在使用时和普通指针一样

• 使用std::make_unique

shared_ptr

• 一个对象多处使用，不确定最后由谁释放

• std::make_shared

• 当对象之间出现循环引用时，会导致引用计数永不减为0，导致内存泄漏

• 当能确定对象的所有权时，使用unique_ptr

函数对象 & lambda函数

• lambda函数：在需要使用函数对象的地方，让编译器自动生成一个

• 编译器自动生成的lambda函数对象没有类名，只能用decltype 获取类型。任意两个lambda的类型都不同

  int thres = 10;
  auto lambdaA = [thres](int x) {return x < thres;};
  

  • 开销很大的对象应该按引用捕获

• 保存的引用不能超过引用对象的生命周期

• 默认不允许修改，相当于operator() 函数加上了const 。如果需要修改，需要explicitly添加mutable

  int thres = 10;
  auto lambdaB = [thres](int x) mutable {return ++x < ++thres;};
  

Range-Based Loop

• 可给自定义的类实现begin() 和end() 从而实现range-based loop

带有作用域的enum