c/c++ 的学习笔记

一、C++的特点

C++在C语言基础上引入了面对对象的机制，同时也兼容C语言。
C++有三大特性（1）封装。（2）继承。（3）多态；
C++语言编写出的程序结构清晰、易于扩充，程序可读性好。
C++生成的代码质量高，运行效率高，仅比汇编语言慢10%～20%；
C++更加安全，增加了const常量、引用、四类cast转换（static_cast、dynamic_cast、const_cast、reinterpret_cast）、智能指针、try—catch等等；
C++可复用性高，C++引入了模板的概念，后面在此基础上，实现了方便开发的标准模板库STL（Standard Template Library）。
同时，C++是不断在发展的语言。C++后续版本更是发展了不少新特性，如C++11中引入了nullptr、auto变量、Lambda匿名函数、右值引用、智能指针

二、C与C++的区别

C语言是C++的子集，C++可以很好兼容C语言。但是C++又有很多新特性，如引用、智能指针、auto变量等。
C++是面对对象的编程语言；C语言是面对过程的编程语言。
C语言有一些不安全的语言特性，如指针使用的潜在危险、强制转换的不确定性、内存泄露等。而C++对此增加了不少新特性来改善安全性，如const常量、引用、cast转换、智能指针、try—catch等等；
C++可复用性高，C++引入了模板的概念，后面在此基础上，实现了方便开发的标准模板库STL。C++的STL库相对于C语言的函数库更灵活、更通用。

三、struct与class的区别

struct 一般用于描述一个数据结构集合，而 class 是对一个对象数据的封装；
struct 中默认的访问控制权限是 public 的，而 class 中默认的访问控制权限是 private 的；
在继承关系中，struct 默认是公有继承，而 class 是私有继承；
class 关键字可以用于定义模板参数，就像 typename，而 struct 不能用于定义模板参数；

在C中struct不能有成员函数，不能有静态成员，不可以实现继承，不能直接初始化，默认public访问权限且不能修改；

在C++中struct可以有成员函数，可以有静态成员，可以继承，可以直接初始化成员，默认private访问权限，也可改为public /protected；

使用时的区别：C 中使用结构体需要加上 struct 关键字，或者对结构体使用 typedef 取别名，而 C++ 中可以省略 struct 关键字直接使用。

四、头文件中<>与" "的区别

区别：

（1）尖括号<>的头文件是系统文件，双引号""的头文件是自定义文件。

（2）编译器预处理阶段查找头文件的路径不一样。
查找路径：

（1）使用尖括号<>的头文件的查找路径：编译器设置的头文件路径-->系统变量。

（2）使用双引号""的头文件的查找路径：当前头文件目录-->编译器设置的头文件路径-->系统变量。

五、导入C函数的关键字

　　在C++中，导入C函数的关键字是extern，表达形式为extern “C”， extern "C"的主要作用就是为了能够正确实现C++代码调用其他C语言代码。加上extern "C"后，会指示编译器这部分代码按C语言的进行编译，而不是C++的。

六、C++和C编译时的不同

　　由于C++支持函数重载，因此编译器编译函数的过程中会将函数的参数类型也加到编译后的代码中，而不仅仅是函数名；而C语言并不支持函数重载，因此编译C语言代码的函数时不会带上函数的参数类型，一般只包括函数名。

七、C++从代码到可执行二进制文件的过程

预编译：这个过程主要的处理操作如下：

（1）将所有的#define删除，并且展开所有的宏定义

（2）处理所有的条件预编译指令，如#if、#ifdef

（3）处理#include预编译指令，将被包含的文件插入到该预编译指令的位置。

（4）过滤所有的注释

（5）添加行号和文件名标识。
编译：这个过程主要的处理操作如下：

（1）词法分析：将源代码的字符序列分割成一系列的记号。

（2）语法分析：对记号进行语法分析，产生语法树。

（3）语义分析：判断表达式是否有意义。

（4）代码优化：

（5）目标代码生成：生成汇编代码。

（6）目标代码优化：
汇编：这个过程主要是将汇编代码转变成机器可以执行的指令。
链接：将不同的源文件产生的目标文件进行链接，从而形成一个可以执行的程序。

链接分为静态链接和动态链接。

静态链接，是在链接的时候就已经把要调用的函数或者过程链接到了生成的可执行文件中，就算你在去把静态库删除也不会影响可执行程序的执行；生成的静态链接库，Windows下以.lib为后缀，Linux下以.a为后缀。

而动态链接，是在链接的时候没有把调用的函数代码链接进去，而是在执行的过程中，再去找要链接的函数，生成的可执行文件中没有函数代码，只包含函数的重定位信息，所以当你删除动态库时，可执行程序就不能运行。生成的动态链接库，Windows下以.dll为后缀，Linux下以.so为后缀。

八、static关键字的作用　　

定义全局静态变量和局部静态变量：在变量前面加上static关键字。初始化的静态变量会在数据段分配内存，未初始化的静态变量会在BSS段分配内存。直到程序结束，静态变量始终会维持前值。只不过全局静态变量和局部静态变量的作用域不一样；
定义静态函数：在函数返回类型前加上static关键字，函数即被定义为静态函数。静态函数只能在本源文件中使用；
在变量类型前加上static关键字，变量即被定义为静态变量。静态变量只能在本源文件中使用；
在c++中，static关键字可以用于定义类中的静态成员变量：使用静态数据成员，它既可以被当成全局变量那样去存储，但又被隐藏在类的内部。类中的static静态数据成员拥有一块单独的存储区，而不管创建了多少个该类的对象。所有这些对象的静态数据成员都共享这一块静态存储空间。
在c++中，static关键字可以用于定义类中的静态成员函数：与静态成员变量类似，类里面同样可以定义静态成员函数。只需要在函数前加上关键字static即可。如静态成员函数也是类的一部分，而不是对象的一部分。所有这些对象的静态数据成员都共享这一块静态存储空间。

　　当调用一个对象的非静态成员函数时，系统会把该对象的起始地址赋给成员函数的this指针。而静态成员函数不属于任何一个对象，因此C++规定静态成员函数没有this指针。既然它没有指向某一对象，也就无法对一个对象中的非静态成员进行访问。

九、数组和指针的区别

概念：

（1）数组：数组是用于储存多个相同类型数据的集合。数组名是首元素的地址。

（2）指针：指针相当于一个变量，但是它和不同变量不一样，它存放的是其它变量在内存中的地址。指针名指向了内存的首地址。
区别：

（1）赋值：同类型指针变量可以相互赋值；数组不行，只能一个一个元素的赋值或拷贝

（2）存储方式：

    数组：数组在内存中是连续存放的，开辟一块连续的内存空间。数组是根据数组的下进行访问的，数组的存储空间，不是在静态区就是在栈上。

    指针：指针很灵活，它可以指向任意类型的数据。指针的类型说明了它所指向地址空间的内存。由于指针本身就是一个变量，再加上它所存放的也是变量，所以指针的存储空间不能确定。

（3）求sizeof：

    数组所占存储空间的内存大小：sizeof（数组名）/sizeof（数据类型）

    在32位平台下，无论指针的类型是什么，sizeof（指针名）都是4，在64位平台下，无论指针的类型是什么，sizeof（指针名）都是8。

（4）初始化：// 数组 int a[5] = { 0 }; char b[] = "Hello"; // 按字符串初始化，大小为6 c
```
har c[] = { 'H','e','l','l','o','\0' };//按字符初始化 
int* arr = new int[10]; //动态创建一维数组 
// 指针 
 int* p = new int(0); delete p;// 指向对象的指针
int* p1 = new int[10]; delete[] p1; // 指向数组的指针
string* p2 = new string; delete p2; //指向类的指针
int ** pp = &p; *pp = 10; //指向指针的指针（二级指针）
```
（5）指针操作：
数组名的指针操作

int a[3][4]; int (*p)[4];
//该语句是定义一个数组指针，指向含4个元素的一维数组 p = a;

//将该二维数组的首地址赋给p，也就是a[0]或&a[0][0] p++;

//该语句执行过后，也就是p=p+1；p跨过行a[0][]指向了行a[1][] //所以数组指针也称指向一维数组的指针，亦称行指针。

//访问数组中第i行j列的一个元素，有几种操作方式：

//*(p[i]+j)、*(*(p+i)+j)、(*(p+i))[j]、p[i][j]。其中，优先级：()>[]>*。

//这几种操作方式都是合法的。

指针变量的数据操作：

char *str = "hello,douya!";
str[2] = 'a';
*(str+2) = 'b';
//这两种操作方式都是合法的。

十、函数指针与指针函数

函数指针：

概念：函数指针就是指向函数的指针变量。每一个函数都有一个入口地址，该入口地址就是函数指针所指向的地址。
函数指针定义形式如下：

　　　　　　int func(int a);  
　　　　　　int (*f)(int a);  
　　　　　　f = &func;  

函数指针的应用场景：回调（callback）。我们调用别人提供的 API函数(Application Programming Interface,应用程序编程接口)，称为Call；如果别人的库里面调用我们的函数，就叫Callback。

//以库函数qsort排序函数为例，它的原型如下：
void qsort(void *base,//void*类型，代表原始数组
           size_t nmemb, //第二个是size_t类型，代表数据数量
           size_t size, //第三个是size_t类型，代表单个数据占用空间大小
           int(*compar)(const void *,const void *)//第四个参数是函数指针
          );
//第四个参数告诉qsort，应该使用哪个函数来比较元素，即只要我们告诉qsort比较大小的规则，它就可以帮我们对任意数据类型的数组进行排序。在库函数qsort调用我们自定义的比较函数，这就是回调的应用。

//示例
int num[100];
int cmp_int(const void* _a , const void* _b){//参数格式固定
    int* a = (int*)_a;    //强制类型转换
    int* b = (int*)_b;
    return *a - *b;　　
}
qsort(num,100,sizeof(num[0]),cmp_int); //回调


指针函数：
　　是指一个函数的返回值为指针变量。
如：

　　　　　　int* func(int &a)  
　　　　　　{ 
　　　　　　　　return *a
　　　　　　}


十一、野指针

概念：野指针就是指针指向的位置是不可知的（随机的、不正确的、没有明确限制的）
产生原因：释放内存后指针不及时置空（野指针），依然指向了该内存，那么可能出现非法访问的错误。这些我们都要注意避免。
避免办法：

（1）初始化置NULL

（2）申请内存后判空

（3）指针释放后置NULL

（4）使用智能指针

十二、智能指针

　　智能指针的行为类似常规指针，重要的区别是它负责自动释放所指向的对象。标准库提供的两种智能指针的区别在于管理底层指针的方法不同，shared_ptr允许多个指针指向同一个对象，unique_ptr则“独占”所指向的对象。标准库还定义了一种名为weak_ptr的伴随类，它是一种弱引用，指向shared_ptr所管理的对象，这三种智能指针都定义在memory头文件中。

十三、内联函数和宏函数的区别

宏定义不是函数，但是使用起来像函数。预处理器用复制宏代码的方式代替函数的调用，省去了函数压栈退栈过程，提高了效率；而内联函数本质上是一个函数，内联函数一般用于函数体的代码比较简单的函数，不能包含复杂的控制语句，while、switch，并且内联函数本身不能直接调用自身。
宏函数是在预编译的时候把所有的宏名用宏体来替换，简单的说就是字符串替换；而内联函数则是在编译的时候进行代码插入，编译器会在每处调用内联函数的地方直接把内联函数的内容展开，这样可以省去函数的调用的开销，提高效率。
宏定义是没有类型检查的，无论对还是错都是直接替换；而内联函数在编译的时候会进行类型的检查，内联函数满足函数的性质，比如有返回值、参数列表等。

使用时的一些注意事项：

使用宏定义一定要注意错误情况的出现，比如宏定义函数没有类型检查，可能传进来任意类型，从而带来错误，如举例。还有就是括号的使用，宏在定义时要小心处理宏参数，一般用括号括起来，否则容易出现二义性
inline函数一般用于比较小的，频繁调用的函数，这样可以减少函数调用带来的开销。只需要在函数返回类型前加上关键字inline，即可将函数指定为inline函数。
同其它函数不同的是，最好将inline函数定义在头文件，而不仅仅是声明，因为编译器在处理inline函数时，需要在调用点内联展开该函数，所以仅需要函数声明是不够的。

2、内联函数使用的条件：

内联是以代码膨胀（复制）为代价，仅仅省去了函数调用的开销，从而提高函数的执行效率。如果执行函数体内代码的时间，相比于函数调用的开销较大，那么效率的收获会很少。另一方面，每一处内联函数的调用都要复制代码，将使程序的总代码量增大，消耗更多的内存空间。以下情况不宜使用内联：
（1）如果函数体内的代码比较长，使用内联将导致内存消耗代价较高。
（2）如果函数体内出现循环，那么执行函数体内代码的时间要比函数调用的开销大。
内联不是什么时候都能展开的，一个好的编译器将会根据函数的定义体，自动地取消不符合要求的内联。

十四、new和malloc的区别

ew是操作符，而malloc是函数。
new在调用的时候先分配内存，在调用构造函数，释放的时候调用析构函数；而malloc没有构造函数和析构函数。
malloc需要给定申请内存的大小，返回的指针需要强转；new会调用构造函数，不用指定内存的大小，返回指针不用强转。
new可以被重载；malloc不行
new分配内存更直接和安全。
new发生错误抛出异常，malloc返回null

malloc底层实现：当开辟的空间小于 128K 时，调用 brk（）函数；当开辟的空间大于 128K 时，调用mmap（）。malloc采用的是内存池的管理方式，以减少内存碎片。先申请大块内存作为堆区，然后将堆区分为多个内存块。当用户申请内存时，直接从堆区分配一块合适的空闲快。采用隐式链表将所有空闲块，每一个空闲块记录了一个未分配的、连续的内存地址。

new底层实现：关键字new在调用构造函数的时候实际上进行了如下的几个步骤：

创建一个新的对象
将构造函数的作用域赋值给这个新的对象（因此this指向了这个新的对象）
执行构造函数中的代码（为这个新对象添加属性）
返回新对象

十五、const和define的区别

const用于定义常量；而define用于定义宏，而宏也可以用于定义常量。都用于常量定义时，它们的区别有：

const生效于编译的阶段；define生效于预处理阶段。
const定义的常量，在C语言中是存储在内存中、需要额外的内存空间的；define定义的常量，运行时是直接的操作数，并不会存放在内存中。
const定义的常量是带类型的；define定义的常量不带类型。因此define定义的常量不利于类型检查。

十六、使用指针的注意事项

定义指针时，先初始化为NULL。
用malloc或new申请内存之后，应该立即检查指针值是否为NULL。防止使用指针值为NULL的内存。
不要忘记为数组和动态内存赋初值。防止将未被初始化的内存作为右值使用。
避免数字或指针的下标越界，特别要当心发生“多1”或者“少1”操作
动态内存的申请与释放必须配对，防止内存泄漏
用free或delete释放了内存之后，立即将指针设置为NULL，防止“野指针”

十七、C++的几种传值方式

值传递：形参即使在函数体内值发生变化，也不会影响实参的值；
引用传递：形参在函数体内值发生变化，会影响实参的值；
指针传递：在指针指向没有发生改变的前提下，形参在函数体内值发生变化，会影响实参的值；

值传递用于对象时，整个对象会拷贝一个副本，这样效率低；而引用传递用于对象时，不发生拷贝行为，只是绑定对象，更高效；指针传递同理，但不如引用传递安全。

十八、C++中内存对齐的使用场景

什么是内存对齐？

那么什么是字节对齐？在C语言中，结构体是一种复合数据类型，其构成元素既可以是基本数据类型（如int、long、float等）的变量，也可以是一些复合数据类型（如数组、结构体、联合体等）的数据单元。在结构体中，编译器为结构体的每个成员按其自然边界（alignment）分配空间。各个成员按照它们被声明的顺序在内存中顺序存储，第一个成员的地址和整个结构体的地址相同。

为了使CPU能够对变量进行快速的访问，变量的起始地址应该具有某些特性，即所谓的“对齐”，比如4字节的int型，其起始地址应该位于4字节的边界上，即起始地址能够被4整除，也即“对齐”跟数据在内存中的位置有关。如果一个变量的内存地址正好位于它长度的整数倍，他就被称做自然对齐。

比如在32位cpu下，假设一个整型变量的地址为0x00000004(为4的倍数)，那它就是自然对齐的，而如果其地址为0x00000002（非4的倍数）则是非对齐的。现代计算机中内存空间都是按照byte划分的，从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始，但实际情况是在访问特定类型变量的时候经常在特定的内存地址访问，这就需要各种类型数据按照一定的规则在空间上排列，而不是顺序的一个接一个的排放，这就是对齐。
为什么要字节对齐？

需要字节对齐的根本原因在于CPU访问数据的效率问题。假设上面整型变量的地址不是自然对齐，比如为0x00000002，则CPU如果取它的值的话需要访问两次内存，第一次取从0x00000002-0x00000003的一个short，第二次取从0x00000004-0x00000005的一个short然后组合得到所要的数据，如果变量在0x00000003地址上的话则要访问三次内存，第一次为char，第二次为short，第三次为char，然后组合得到整型数据。

而如果变量在自然对齐位置上，则只要一次就可以取出数据。一些系统对对齐要求非常严格，比如sparc系统，如果取未对齐的数据会发生错误，而在x86上就不会出现错误，只是效率下降。

各个硬件平台对存储空间的处理上有很大的不同。一些平台对某些特定类型的数据只能从某些特定地址开始存取。比如有些平台每次读都是从偶地址开始，如果一个int型（假设为32位系统）如果存放在偶地址开始的地方，那么一个读周期就可以读出这32bit，而如果存放在奇地址开始的地方，就需要2个读周期，并对两次读出的结果的高低字节进行拼凑才能得到该32bit数据。显然在读取效率上下降很多。

字节对齐实例

union example
{
    int a[5];
    char b;
    double c;   
};   
int result = sizeof(example); 

/* 如果以最长20字节为准，内部double占8字节，这段内存的
地址0x00000020并不是double的整数倍，只有当最小为0x00000024时
可以满足整除double（8Byte）同时又可以容纳int a[5]的大小，所以
正确的结果应该是result=24 */  

struct example 
{
    int a[5];
    char b;
    double c;
}test_struct;
 int result = sizeof(test_struct);

/* 如果我们不考虑字节对齐，那么内存地址0x0021不是double（8Byte）的
整数倍，所以需要字节对齐，那么此时满足是double（8Byte）的整数倍的最
小整数是0x0024，说明此时char b对齐int扩充了三个字节。所以最后的结果
是result=32 */  

struct example 
{
    char b;
    double c;
    int a;
}test_struct;
int result = sizeof(test_struct);   

/* 字节对齐除了内存起始地址要是数据类型的整数倍以外，还要满足一个条件，
那就是占用的内存空间大小需要是结构体中占用最大内存空间的类型的整数倍，
所以20不是double（8Byte）的整数倍，我们还要扩充四个字节，最后的结果
是result=24 */

内存对齐应用于三种数据类型中：struct/class/union

struct/class/union内存对齐原则有四个：

数据成员对齐规则：结构(struct)或联合(union)的数据成员，第一个数据成员放在offset为0的地方，以后每个数据成员存储的起始位置要从该成员大小或者成员的子成员大小的整数倍开始。
结构体作为成员:如果一个结构里有某些结构体成员,则结构体成员要从其内部"最宽基本类型成员"的整数倍地址开始存储。(struct a里存有struct b,b里有char,int ,double等元素,那b应该从8的整数倍开始存储)。
收尾工作:结构体的总大小，也就是sizeof的结果，必须是其内部最大成员的"最宽基本类型成员"的整数倍。不足的要补齐。(基本类型不包括struct/class/uinon)。
sizeof(union)，以结构里面size最大元素为union的size，因为在某一时刻，union只有一个成员真正存储于该地址。

十九、面向对象

面向对象是一种编程思想，把一切东西看成是一个个对象，比如人、耳机、鼠标、水杯等，他们各自都有属性，比如：耳机是白色的，鼠标是黑色的，水杯是圆柱形的等等，把这些对象拥有的属性变量和操作这些属性变量的函数打包成一个类来表示
面向过程和面向对象的区别

面向过程：根据业务逻辑从上到下写代码

面向对象：将数据与函数绑定到一起，进行封装，这样能够更快速的开发程序，减少了重复代码的重写过程

面向对象的三大特征：

封装：将数据和操作数据的方法进行有机结合，隐藏对象的属性和实现细节，仅对外公开接口来和对象进行交互。封装本质上是一种管理：我们如何管理兵马俑呢？比如如果什么都不管，兵马俑就被随意破坏了。那么我们首先建了一座房子把兵马俑给封装起来。但是我们目的全封装起来，不让别人看。所以我们开放了售票通道，可以买票突破封装在合理的监管机制下进去参观。类也是一样，不想给别人看到的，我们使用protected/private把成员封装起来。开放一些共有的成员函数对成员合理的访问。所以封装本质是一种管理。

继承：可以使用现有类的所有功能，并在无需重新编写原来的类的情况下对这些功能进行扩展。

三种继承方式

继承方式	private继承	protected继承	public继承
基类的private成员	不可见	不可见	不可见
基类的protected成员	变为private成员	仍为protected成员	仍为protected成员
基类的public成员	变为private成员	变为protected成员	仍为public成员仍为public成员

多态：用父类型别的指针指向其子类的实例，然后通过父类的指针调用实际子类的成员函数。实现多态，有二种方式，重写，重载。

　　　　重载和重写的区别：

重写

是指派生类中存在重新定义的函数。其函数名，参数列表，返回值类型，所有都必须同基类中被重写的函数一致。只有函数体不同（花括号内），派生类对象调用时会调用派生类的重写函数，不会调用被重写函数。重写的基类中被重写的函数必须有virtual修饰。

示例如下：

　　　　#include<bits/stdc++.h>

　　　  using namespace std;

  　　　class A {

　　　　 public:  virtual void fun()  {

　　　　　　   cout << "A";

　　　　 　　　　} 
　　　　 }; 
　　　　class B :public A {
　　　　 public:  virtual void fun()  {
　　　　　　   cout << "B";  
　　　　　　　　 } 
　　　　 }; 
　　　　int main(void) {
　　　　　　  A* a = new B();
　　　　　　  a->fun();//输出B，A类中的fun在B类中重写 
　　　　}

　　2.重载

我们在平时写代码中会用到几个函数但是他们的实现功能相同，但是有些细节却不同。例如：交换两个数的值其中包括（int, float,char,double)这些个类型。在C 语言中我们是利用不同的函数名来加以区分。这样的代码不美观而且给程序猿也带来了很多的不便。于是在C++中人们提出了用一个函数名定义多个函数，也就是所谓的函数重载。函数重载是指同一可访问区内被声明的几个具有不同参数列（参数的类型，个数，顺序不同）的同名函数，根据参数列表确定调用哪个函数，重载不关心函数返回类型。

　　　 #include<bits/stdc++.h>
　　　　using namespace std;
　　　　class A {
　　　　 void fun() {};
　　　　 void fun(int i) {};
　　　　void fun(int i, int j) {}; void fun1(int i,int j){};

　　　　};

二十、C++中的构造函数

C++中的构造函数可以分为4类：默认构造函数、初始化构造函数、拷贝构造函数、移动构造函数。

默认构造函数和初始化构造函数。在定义类的对象的时候，完成对象的初始化工作。

class Student {
 public:  
　　//默认构造函数  
　　Student()  {
       num=1001;        
　　　  age=18;      
    }  
   //初始化构造函数  
   Student(int n,int a):num(n),age(a){}
 private: 
 int num;  
 int age; 
}; 

int main() {  
//用默认构造函数初始化对象S1  
　　Student s1;  
//用初始化构造函数初始化对象S2  
　　Student s2(1002,18);  
　　return 0; 
}

有了有参的构造了，编译器就不提供默认的构造函数。

拷贝构造函数

#include "stdafx.h"
#include "iostream.h"  
class Test{     
　　int i;     
　　int *p; 
public:     
　　Test(int ai,int value){
         i = ai;
         p = new int(value);
　　}     
　　~Test(){
         delete p;
　　}     
　　Test(const Test& t){
         this->i = t.i;
         this->p = new int(*t.p);     
　　} 
};
 //复制构造函数用于复制本类的对象
int main(int argc, char* argv[]) {
     Test t1(1,2);
     Test t2(t1);
　　  //将对象t1复制给t2。注意复制和赋值的概念不同
     return 0;
}