c++知识点速刷

语法

指针和引用

指针：存放某个对象的地址

引用：变量的别名，从一而终，不可变，必须初始化

const变量

指针常量（底层const）：指针所指的对象不可变

常量指针（顶层const）：指针不可变

define和typedef的区别

define：

1. 只是简单的字符串替换，没有类型检查
2. 是在编译的预处理阶段起作用
3. 可以用来防止头文件重复引用
4. 不分配内存，给出的是立即数

typedef

1. 有对应的数据类型，需要进行判断
2. 在编译、运行的时候起作用
3. 在静态存储区中分配空间

define和inline的区别

define：定义预编译时处理的宏，只是字符串替换，无类型检查，不安全。

inline：直接将函数体插入被调用的地方，减少了压栈，跳转和返回的操作。

内联函数是一种特殊的函数，会进行类型检查。

override和 overload

override：重写，覆盖

overload：通过不同的参数类型，不同的参数个数，不同的参数顺序进行重载。访问权限，返回类型，抛出的异常不进行重载

总结：重写只有一个，重载是将类似的函数用同一个名字，仅通过参数区分

多态是为了避免在父类中进行过多的重载

new和malloc

1. new分配失败抛出异常，malloc返回nullptr
2. new无需指定内存块的大小，malloc需要显示指出所需内存的尺寸
3. new和delete可以重载，malloc和free不能重载
4. new会调用对象的构造析构函数，malloc不会
5. new是运算符，malloc是库函数

constexpr和const

constexpr：常量表达式

const：只读

constexpr的好处：确保某些数据无法被修改；部分场景编译器可以对constexpr做优化；比宏更安全，开销更少。

volatile

作用：要求编译器读取数据时，每次都从内存中重新装载内容，而不是从寄存器中拷贝

extern

定义：声明在函数或者文件外定义的全局变量

static

作用：实现多个对象之间数据的共享和隐藏；默认初始化为0

前置++与后置++

前置++返回左值（引用），后置++返回右值（临时对象）

std::atomic

作用：为了线程安全，使得原本线程不安全的语句变成“原子”语句，不再可分，从而实现线程安全。

访问权限

pubic：公有

protected：保护

private：私有

在类内（定义类的代码内），三种都可以访问。

在类外（定义类的代码外），只能访问public成员。

无论何种继承，派生类都不能访问私有成员。

对于公有继承，“派生类对象”只能访问基类中的公有成员。对于私有和保护继承，“派生类对象”无法访问基类的所有成员。

1. 继承

功能：在现有类的基础上，定义一个新的类，使得可以在无需重新编写的情况下，进行功能拓展。

• 实现继承：使用基类的属性和方法，无需额外编码
• 接口继承：仅使用属性和方法的名称，具体实现由子类提供
• 可视继承：指子窗体类，使用了基窗体类的外观和实现。

2. 封装

功能：将数据和代码捆绑在一起，避免外界干扰和不确定性访问

3. 多态

功能：向不同对象，发送同一消息，不同对象会产生不同的行为

重载实现编译时多态，虚函数实现 运行时多态

总结：允许将子类类型的指针赋值给父类类型的指针。

多态的实现：

1. override（重写，覆盖）：子类重新定义父类的虚函数。
2. override（重载）：允许存在多个同名函数，通过不同的参数列表区分。

虚函数（virtual)

功能：当基类希望派生类自定义函数时，将该函数声明为虚函数。

1. 虚函数是动态绑定的：使用虚函数的指针和引用可以找到实际类的对应函数
2. 多态：前提条件（1）调用函数的对象必须是指针或者引用（2）被调用的函数必须是虚函数，且完成了重写
3. 动态绑定绑定的是动态类型：虚函数对应的函数或属性依赖于对象的动态类型，发生在运行期。
4. 构造函数不能是虚函数：在构造函数中调用虚函数，会执行父类的对应函数，因为自身还没有构造好，无法多态。
5. 析构函数可以是虚函数，且在复杂类中，通常必须是虚函数。析构函数也可以是纯虚函数。
6. 虚函数的工作方式：虚函数依赖虚函数表工作，表中保存虚函数地址，当用基类指针指向派生类时，虚表指针指向派生类的虚函数表
7. 纯虚函数：有纯虚函数的类是抽象类，无法实例化。
8. inline（编译时展开）， static（静态）， constructor（子类未构造） 三种函数不能为虚函数
9. 派生类的虚函数重写定义必须与父类完全一致。

为什么需要虚继承

虚继承的本质是，让一个类共享他的基类。

1. 解决多继承（从多个直接基类中产生派生类）的命名冲突和冗余数据问题。（实际中最好不要用多继承）
2. 解决菱形继承，典型案例：iostream从istream和ostream直接继承而来，而istream和ostream各自继承自同一个类baseios。

空类

空类size为1，为了有地址，不同的空类地址不同

如果派生类继承的第一个是基类，且基类定义了虚函数表，则派生类共享该表首地址占用的存储单元。

抽象类与接口的实现

类中有任意一个函数被声明为纯虚函数，则这个类就是抽象类。纯虚函数通过在申明中使用” = 0“来指定。

设计抽象类（也称ABC）的目的，是为了创造一个不能实例化的基类，作为接口使用。

智能指针

shared_ptr

1.实现机制：在拷贝构造时使用同一份引用计数

1. 模板指针：指向实际的对象
2. 引用计数：使用new，存放在堆中
3. 重载operator* 和operator->：实现指针的效果
4. 重载copy constructor：引用计数+1
5. 重载operator=：对右边的shared_ptr 调用析构函数，对左边的调用拷贝构造
6. 重载析构函数：使应勇次数减一，当引用为0时，delete

2. 线程安全问题

同一个shared_ptr被多个线程“读”是安全的。

同一个shared_ptr被多个线程“写”是不安全的。

共享引用计数的不同的shared_ptr被多个线程“写”是安全的。

举例：现有三个shared_ptr，分别为s, a, b。其中s是多线程共享的，s指向对象A，a在线程1中，为空，b在线程2中，指向对象B。智能指针赋值有两步操作，1：指针赋值，2：引用计数加一。线程1先执行a=s，在完成指针复制后，a指向对象A，线程2抢占获得了运行资源，执行s=b，指针复制后，s指向对象B，b引用计数加一，对象A引用计数减一，归零，对象A被delete。此时，智能指针a指向了被销毁的对象，发生错误。

2. unique_ptr

unique_ptr唯一拥有其所指的对象：同一时刻，只能有一个unique_ptr指向给定对象，离开作用域时，若其指向对象，则delete该对象

unique_ptr需要绑定new操作符分配的堆中的对象

不支持拷贝和赋值，但可以通过release和reset移交指针的所有权

3. weak_ptr

为了配合shared_ptr而引入的指针，可能查看对象，但不增加引用计数，和shared_ptr指向相同的内存。

功能：作为访问内存的工具，且不影响对象的生命周期

C++强制类型转换

关键字：static_cast, dynamic_cast, reinterpret_cast, cosnt_cast

1. static_cast

没有运行时类型检查来保证转换的安全性

进行上行转换（把派生类的指针，引用 转换为基类）是安全的。

进行下行转换，因为派生类可能有不属于基类的变量，所以是不安全的。

总结：静态转换，需要程序员自己确定转换的安全性。

2.dynamic_cast

具有类型检查（信息在虚函数中），更安全。转换后必须是类的指针、引用或者void*，基类要有虚函数。

dynamic本身只能用于存在虚函数的父子关系的强制类型转换；对于指针，转换失败则返回nullptr，对于引用，转换失败会抛出异常。

总结：当父类需要使用子类的函数，且父类自身的该函数不能设置为虚函数时（如果可以设置为虚函数，编译器会自动动态选择合适的版本）。使用时要加倍小心，尽量使用“定义虚函数”的方法。

3.reinterpret_cast

可以将整形转换为指针，也可以把指针转换为数组；可以在指针和引用间随意转换，平台移植性价比差。

4.const_cast

去掉类型的const或volatile属性。

总结：少用强制类型转换

 

C++内存模型

字符串操作函数

char *strcpy(char *strDest, const char *strSrc);
//把src字符串拷贝到dest字符串上。
int strlen(const char *str);
//计算给定字符串的长度
char *strcat(char *dest, cosnt char *src);
//把src接到dest字符串的后面。
int strcmp(const char * s1, const char * s2);
//比较大小。s1 < s2 返回负数 = 返回0， >  返回正数

内存泄露

定义：程序未能释放掉不再使用的内存的情况，称为内存泄漏。可以使用Valgrind，mtrace进行内存泄漏检查

分类：（1）堆内存泄露：开辟的堆内存没有释放。（2）系统资源泄露：程序使用系统分配的资源（Bitmap， handle， SOCKET等），没有使用相应的函数释放，导致系统资源的浪费。（3）没有将基类的析构函数定义为虚函数，导致子类没有正常释放

常见情况：指针改变指向，未释放动态分配的内存

措施：将内存的分配封装在类中，构造分配，析构释放；使用智能指针

 

地址空间分布

1. 命令行参数和环境变量：从命令行执行程序时，程序员指定的参数
2. 栈区：存储局部变量、函数参数值。从高地址向低地址增长的连续空间
3. 文件映射区：绑定动态库等
4. 堆区：动态申请的内存。从低地址向高地址增长
5. BSS段：存储未初始化的全局变量和静态变量
6. 数据段：存储已初始化的全局变量和静态变量
7. 代码段：存放程序代码的内存区，只读，头部包含一些只读的常数变量。

静态存储区：编译时分配，生存周期为整个运行期间，如全局变量，static变量。

栈：执行函数时，函数的局部变量都可以在栈上创建，生存周期为函数的运行时间，自动释放。

堆：程序员自己申请（new， malloc）和释放（free，delete），生存周期由自己决定。

 C++11新特性

类型推导

1.auto

作用：让编译器在编译期自动推导出变量的类型

1. 必须初始化
2. auto不能定义数组
3. 不能推导出模板参数
4. 在不声明为引用或指针时，会忽略等号右边的引用类型，和const, volatile类型。
5. 声明为引用或指针时，会保留。

2. decltype

decltype用于推导表达式类型。

decltype会保留引用和cv属性（const，volatile）

对于decltype(exp)有：

1. exp是表达式，decltype(exp)和exp类型相同
2. exp是函数调用，decltype(exp)和函数返回值类型相同
3. 其他情况，若exp是左值，decltype(exp)是exp类型的左值引用

例子

template <typename T, typename U>
auto add(T t, U u) -> decltype(t + u) {
    return t + u;
}

右值引用

定义：右值引用就是必须绑定到右值的引用，通过&&来获得右值引用。

性质：只能绑定到一个将要销毁的对象，于是，我们可以自由地将一个右值引用的资源绑定到另一个对象中。

常规的引用，我们可以称之为左值引用。

1.左值右值

左值：有地址，可以放在等号左边

右值：没有地址，不可以放在等号左边（字面量，临时量）
++i， --i 是左值，i++， i-- 是右值。

2.右值引用

右值有两个特性：所引用的对象将要被销毁；该对象没有其他用户

这意味着：使用右值引用的代码可以自由地接管所引用的对象的资源

右值引用本身是一个左值：接管资源后，资源就有了地址和用户，因此，右值变成了左值。

3.std::move

虽然不能把右值引用绑定到左值上，但可以使用std::move把一个左值转化为对应的右值引用类型。

浅拷贝：拷贝指针

深拷贝：重新开辟内存，并复制内容

nullptr

nullptr：特殊类型的字面量。

用来替代NULL和0。NULL在有的编译器中定义为((void*)0)，有的定义为0。因此，NULL具有二义性，在下面情况会发生问题。

void test(char*);
void test(int);

使用test(NULL)时，编译器会不知道使用哪一个重载。

范围for循环

for (auto c : string) {
    cout << c;
}

可以简化遍历。

列表初始化

double d = 3.124564564654
int a = {d};
int a = d;

使用花括号来进行初始化称为列表初始化。

对于内置类型，使用列表初始化时，如果存在丢失信息的风险，编译器会报错。

lambda表达式

表示一个可调用的代码单元，可以理解为没有命名的内联函数，用于一次性的场景。

1.语法

[capture list] (parameter list) ->return type {functon body}

我们可以忽略参数列表和返回类型，但必须永远包含捕获列表和函数体。

2.变量捕获

1. []不捕获
2. [&]引用捕获
3. [=]拷贝捕获
4. [=, &foo]引用捕获foo，拷贝捕获其他
5. [bar]拷贝捕获bar
6. [this]捕获所在类的this指针

3.lambda使用algorithm库

std::sort(arr, arr+6, [](int &a, int &b){return a > b});