const的作用是告诉编译器某个值是不变的,可以理解成只读,对变量起到保护作用。
const可以用于以下方面:
修饰普通变量 需要在一开始就进行初始化;
修饰指针 根据在 * 前后可以分为常量指针和指针常量,当然也可以前后都修饰,如const int* a , int* const a,const int * const a。
修饰函数中的参数与返回值
修饰函数中的参数:const在函数的参数中可以保护指针不被修改,如strcpy(char* des, const char* src);修饰函数的返回值:也可以保证返回值指针的内容不被修改,如 const char* getStr() 中,接收类型就必须是 const char *。 修饰类中的成员变量与成员函数 修饰成员函数时,不能对其成员变量进行修改(本质是修饰this指针);且const修饰的成员函数可以被const,非const对象调用,但是普通成员函数只能被普通对象调用。修饰成员变量时,必须在构造函数列表里进行初始化。延伸用法:const + &
如const string& s,在满足的引用传递的优点下,既可以保护别名不被修改,也可以 接收右值(接收右值的原因在于右值都是const属性且不可见,只有const传递能捕捉到)。
static 修饰的数据存放在全局数据区,限定了作用域,并且生命周期是直到程序结束。
C中的用法:
静态局部变量 一般用在函数中,当函数第一次被调用时会在全局数据区初始化,其作用域只存在于该函数中。静态全局变量 静态全局变量不能为其他文件所用,作用域只在该文件中。静态函数 与静态全局变量的作用类似,静态函数不能为其他文件所用,作用域只在该文件中。C++中的用法(包含C中的用法):
static修饰类成员变量 静态成员变量属于整个类,在类实例之间共享,也就是说无论创建多少个类的对象,该成员变量都只有一个副本。 同时由于静态成员变量属于整个类,所以只能在类内申明,在类外初始化。如果在类内就初始化,那么会导致每一个实例化的对象都拥有一个该成员变量,这是矛盾的。
static修饰类成员函数 静态成员函数属于整个类,由于没有this指针,所以只能调用静态成员变量;
延伸1: 既然new/delete的功能已经完全覆盖了malloc/free,为什么还要保留malloc/free呢?
因为C++程序中经常会使用C,而C只能使用malloc/free进行动态内存申请和释放。
延伸2:写出重载new delete 的程序
使用new运算符时,先调用 operator new(size_t)申请空间,再调用构造函数,然后返回指针;使用delete运算符时,先调用析构函数,再调用 operator delete(void*)释放空间。 class A { public: A() { cout << "A()" << endl; } ~A() { cout << "~A()" << endl; } void* operator new(size_t n) { cout << "operator new(size_t)" << endl; void *ret = malloc(n); return ret; } void* operator new[](size_t n) { cout << "operator new[](size_t)" << endl; void *ret = malloc(n); return ret; } void operator delete(void* p) { if (p) { cout << "operator delete(void*)" << endl; free(p); p = nullptr; } } void operator delete[](void* p) { if (p) { cout << "operator delete[](void*)" << endl; free(p); p = nullptr; } } };extern关键字有两个作用:
跟”C”连用时 告诉编译器用C的规则进行编译。因为如果使用C++的规则,由于C++支持函数的重载,所以会将函数名进行修改,导致程序报错。不与”C”进行连用时 对于变量或函数只进行申明而不是定义,提示编译器该变量或函数的定义需要在另一个文件中寻找。在编译阶段,目标模块A虽然找不到extern 修饰的变量或者函数,但不会报错,而是在链接时从模块B中找到该函数或变量。volatile关键字的作用是让CPU取内存单元中的数据而不是寄存器中的数据。 如果没有volatile,那么经过编译器优化,CPU会首先访问寄存器中的数据而不是内存单元中的数据(因为访问寄存器会更加快速),这样在多线程环境可能会读取脏数据。
延伸1:一个参数可以既是const 又是 volatile吗?
可以,const修饰代表变量只读,volatile修饰代表变量每次都需要从内存中读取。
延伸2:volatile 可以修饰指针吗?
可以,代表指针指向的地址是volatile的。
mutable是const的反义词,用来突破const的限制。const修饰的成员函数可以修改mutable修饰的成员变量。
程序实例:
class A { mutable int _val = 10; public: void display()const { _val = 20; cout << _val << endl; } };引用是变量的别名,本身不具有单独的内存空间,属于直接访问;指针是指向地址的变量,有单独的内存空间,属于间接访问。
引用在创建时就必须初始化,且不能更改绑定;指针可以不初始化,可以更改指向。
总的来说,引用既有指针的效率,同时也更加方便直观。
浅拷贝 只是对指针的拷贝,拷贝后会有两个指针指向同一个内存空间;
深拷贝 对指针指向的内容进行拷贝,拷贝后会有两个指针指向不同的内存空间;
浅拷贝可能会出现问题,因为两个指针指向同一块内存区域,一个指针的修改会造成另一个指针错误,如出现两个对象析构,两次delete内存的情况。
宏只是在预编译阶段进行简单的替换操作,并不占用内存;typedef相当于起别名,在编译阶段进行,并不占用内存。
using 和 typedef 类似,都是相当于起别名,不占用内存,在编译阶段进行。且using比typedef更加简洁。
当函数被申明为内联函数之后,编译器编译时会将其内联展开,而不是按照普通的函数调用机制进行压栈调用;这样大大减小了调用函数的时间开支,但也增加了程序的占用空间,相当于是空间换时间的策略。
宏只是在预编译阶段进行简单的宏替换,极其容易出错;而内联展开则在编译阶段进行,不易出错。
另外注意:
内联函数一般是不超过10行的小函数;内联函数中不允许使用循环和开关语句;类成员函数默认加上inline,但具体是否进行内联由编译器决定。滥用内联函数可能会占用大量内存空间,反而导致程序变慢。struct和class的区别主要在于 默认访问级别 和 默认继承级别。
默认访问级别:struct中的成员默认是public,class中的成员默认是private。默认继承级别:struct默认public继承,class默认private继承。除了这两点外,struct 和 class 完全相同。
这两个的区别在于内存空间的分配。
struct 使用struct时,编译器会给每一个struct成员变量分配空间,并且每一个成员变量互不干扰;
union 使用union时,编译器会让union中的成员变量共享同一个空间,并且会根据定义顺序对之前的成员变量进行覆盖。当成员变量的相关性不强时,可以使用union节省内存空间。
注意:class,struct 和 union 都需要进行内存对齐。
现代计算机中的内存空间都是按照字节划分的,CPU实际读取内存时,是按照k字节进行读取而不是一个字节一个字节读取,这就是内存对齐;有了内存对齐之后,CPU可以一次性读取k字节的数据,变得更加高效。
注意:
k通常为最大成员数据类型的大小,结构体的大小也应该为k的整数倍。
在union,class,struct中均有内存对齐;但是也可以通过 #pragma push(k), #pragma pop() 来设置内存对齐的方式。
右值: 左值是可以取到地址的值,右值是不能够取到地址的值。右值主要用于实现移动语义。
移动语义:以移动而非深拷贝的方式初始化含有指针成员的类对象。将对象(通常是右值)的内存资源移动为自己使用,这样减小了多次申请释放内存空间的开销。在类中,通常有专门的 移动构造函数 与 移动赋值运算符 来实现移动语义。
move函数:将左值强制转化为右值,转换后就能够调用 移动构造函数 与 移动赋值运算符 来减小多次申请释放内存空间的开销。
返回值优化(Return value optimization,缩写为RVO)是C++的一项编译优化技术,即省略掉 两次 通过拷贝构造函数 创建临时对象 的过程。这样大大节省了开销。
智能指针的本质也是指针,只是它可以帮助我们自动释放空间和避免野指针,避免了内存泄漏的风险。
目前常用的智能指针有三种(auto_ptr已经淘汰):
unique_ptr 一个对象只能由一个unique_ptr引用,当指针不再引用该对象时,该对象自动析构并释放内存。
shared_ptr 一个对象可以由多个shared_ptr引用,对象的被引数量可以用引用计数(use_count)来表示,当对象的引用计数为0时,将该对象自动析构并释放内存。
weak_ptr weak_ptr是一种弱引用,不会增加对象的引用计数,是用来打破shared_ptr相互引用时的死锁问题。
weak_ptr打破死锁的实例:
#include <iostream> #include <memory> using namespace std; class B; class A { public: A() { cout << "构造函数" << endl; } ~A() { cout << "析构函数" << endl; } weak_ptr<B> _pb;//若为shared_ptr,那么析构时只会析构pA和pB,但A 和 B 的引用计数仍为1,所以不能析构并释放内存 }; class B { public: B() { cout << "构造函数" << endl; } ~B() { cout << "析构函数" << endl; } weak_ptr<A> _pa; }; int main() { shared_ptr<A> pA(new A()); shared_ptr<B> pB(new B()); pA->_pb = pB; pB->_pa = pA; cout << "A的引用计数:" << pA.use_count() << endl; cout << "B的引用计数:" << pB.use_count() << endl; return 0; }创建 m行n列 的二维动态数组,通过以下两种方法:
使用new int **a = new int *[m]; for (int i = 0; i < m; i++) a[i] = new int[n]; 使用vector vector<vector<int>> nums(m, vector<int>(n, 0));STL库即标准模板库,是一个具有工业强度的高效C++库。
容器分为序列式容器,关联式容器以及容器适配器。
算法是一种常用的算法模板,可以对容器,数组,自定义结构体进行操作。
迭代器是一种特殊的指针,作为容器库和算法库之间的粘合剂。可以将其看成一种泛型指针。 从实现角度看,迭代器是通过重载*,->, ++, - - 等方式实现的。可以将不同数据类型的访问逻辑抽象出来,在不暴露内部结构的情况下对元素进行遍历。
适配器适配器分为 函数适配器 和 容器适配器;
函数适配器 函数适配器通常通过bind,bind1st, bind2nd 实现,这三个函数都会返回一个新的函数。
容器适配器 stack,queue,priority_queue既是序列式容器,也是容器适配器;stack,queue的标准模板是deque,priority_queue的标准模板是vector。
配置器配置器的功能在于定义类中内存的分配,也就是 allocator一系列的函数,在各种容器中均存在,只是我们在使用时,allocator对我们来说是完全透明的。
函数对象(仿函数 function object)可以理解为一种重载了 () 运算符的结构体,使用时可以当做函数来使用。
vector 底层由数组实现,支持快速随机访问,支持在尾部增删。适用于需要大量随机访问,且只需要在尾部增删的场景。
list 底层由双向链表实现,不支持快速随机访问,支持快速增删。适用于不考虑随机访问,且需要大量插入和删除的场景。
deque 底层由一个中央控制器和多个缓冲区实现,支持快速随机访问,支持在首尾进行快速增删。适用于需要大量随机访问,且需要在首尾进行快速增删的场景。
关联容器map 底层由红黑树实现,元素有序且不可重复。以key-value 键值对方式存储,优点是元素有序,缺点是存储红黑树的节点需要消耗大量内存。
set 底层由红黑树实现,元素有序且不可重复。优点是元素有序,缺点是存储红黑树的节点需要消耗大量内存。
unordered_map 底层由hash表实现,元素无序且不可重复。以key-value键值对方式存储,优点是查询十分的高效。缺点是哈希表的建立需要消耗大量时间。
unordered_set 底层由hash表实现,元素无序且不可重复。优点是查询十分的高效。缺点是哈希表的建立需要消耗大量时间。
(若加上multi,则变为可重复)
容器适配器stack 底层由list或deque实现。适用于先进后出的场景。
queue 底层由list或deque实现。适用于先进先出的场景。
priority_queue 底层由vector实现,逻辑实现方式为heap(最大堆或最小堆)。适用于设置优先级队列的场景。
vector内部实现是一个连续的动态数组,当无法存储下所有元素时,进行三个步骤:
申请一个更大的空间,通常是原空间大小的2倍;将原空间的数据拷贝到新的空间;释放掉原空间内存。由此可见,vector的动态扩容机制代价较高。
list的底层实现是双向链表,按照节点进行存储的,节点在内存中的地址并不连续。 当元素插入时,则申请新的内存空间并插入节点;当元素删除时,则删除链表节点并释放该内存空间。
deque底层是由一个中控器map和多个缓冲区组成;
中控器map这里的map不是STL中的map,而是一段连续存储空间,存储多个指向缓冲区的指针。
缓冲区一段较大的连续存储空间,用于存储具体数据。
deque的迭代器也十分复杂,在deque内部有 start 和 finish 两个迭代器,每个迭代器组成如下:
cur:指向缓冲区当前位置first:指向缓冲区头last:指向缓冲区尾node:指向中控器中当前位置详情可见 《STL源码剖析》P146
选用map还是unordered_map,关键在于看关键字的查询操作次数。
如果查询操作次数较多,要求平均查询时间短,那么就使用unordered_map。
如果只有少次数的查询,unordered_map可能会造成不确定的O(N),且创建也需要大量时间,那么就不如选用单词处理时间恒定为O(logN)的map。
这两种数据类型的底层均为红黑树。
map更适合用于作为数据字典,也就是关键字的查询;
而set适用于判断关键字是否在集合中。
迭代器失效分为三种情况。
数组型数据结构由于该类型的元素都是存储在连续的内存空间中,进行插入和删除后会导致该 位置以及之后元素移位,也就导致该位置以及之后的迭代器失效。
链表型数据结构由于链表的特点,删除某一位置的元素只会让该位置的迭代器失效,不会影响其他迭代器。
红黑树型数据结构由于树本身也是一种链表,删除某一位置的元素只会让该位置的迭代器失效,不会影响其他迭代器。
queue, stack, priority_queue。
在类的内部(定义该类的代码内部),无论成员被public,protected,private修饰,都可以随意访问。
在类的外部(定义该类的代码外部),只有public修饰的成员能够被访问,protected和private修饰的成员均不能被访问。
class中如果不写则默认是private修饰。
在继承时class中如果不写则默认是private继承。
注意:不论哪一种方式,基类的private成员均不能在派生类中使用;但并不是基类的private成员没有被派生类继承,实质上是继承了并占用内存了的,只是不能使用。
派生类可以继承基类的大部分资源,但是 构造函数,析构函数,赋值运算符,友元 不能够继承。
友元可以分为友元函数以及友元类,在类中申明,但是定义在类外部,就可以访问类的所有protected和 private 成员。
注意:
友元关系不能在类之间传递。友元声明只能出现在类定义中,并不属于该类的一部分(所以没有this指针),所以用public, protected, private 修饰均可。this 是所有类成员函数都有的一个隐式形参。 实质上是 成员函数 连接 成员变量 的一座桥联,因为类中的成员函数都会被编译成与类无关的普通函数,而this指针指向了该对象的地址,所以可以用this指针来连接成员变量。
注意:
友元函数没有this指针。(static)静态成员函数没有this指针。多继承会让程序变得复杂,同时可能会继承一些不必要的数据。 多继承容易出现命名冲突的问题,可以加上域限定符(::),或是采用虚继承来消除二义性。
类中有const 修饰 或者 引用类型 的成员变量;
类中有必须用参数初始化的对象;
派生类需要初始化基类的成员变量;
是按照 类中的声明顺序 进行初始化的,并不是按照初始化列表的顺序进行初始化。
C++中的多态机制是通过虚函数来实现的。
多态:是一个接口的多种形态。 实现多态的条件有两个:
虚函数重写调用虚函数时必须使用指针或引用。虚函数:虚函数是带有 virtual 关键字的 类成员函数。实现多态需要进行 虚函数重写,也就是派生类有一个和基类完全相同(函数名,参数,返回值完全相同)的成员函数,也就称为虚函数重写(覆盖)。
虚函数表:有虚函数的类在编译时期都会生成一个 虚函数表,虚函数表实质上是一个 指针数组,存放 指向虚函数的指针;虚函数表是类对象之间共享的,在类中只存放一个指向该 虚函数表的指针。 在生成派生类过程中,对虚函数表的操作有三个步骤:
将基类中的虚函数表指针拷贝到派生类中;派生类对基类虚函数进行覆盖(重写);派生类将自己新增的虚函数依次添加在虚函数表后。 图示纯虚函数在基类中只申明不定义(如virtual void func() = 0),必须在派生类中进行覆盖重写虚函数表;拥有纯虚函数的基类被称为虚基类(或抽象类),虚基类不能实例化,只能被继承。
如果将构造函数设置为虚函数,那么派生类将无法创建,因为无法调用基类的构造函数。
inline内联函数不能是虚函数因为内联函数会在编译时内联展开,而虚函数需要在运行时动态联编。
友元函数不能是虚函数因为友元函数不属于类成员函数,虚函数必须是类成员函数。
静态成员函数不能是虚函数因为静态成员函数不能够继承,虚函数无法进行覆盖。
静态联编 是编译阶段就能确定的程序行为。
动态联编 是程序运行时进行的确定的程序行为,实质上是运行时虚函数的实现。
编译时多态通过重载函数实现,运行时多态通过虚函数实现。
重载 在同一个类中,函数名相同,参数类型(或个数) 不同则为函数重载;如果只是 返回值不同 则不能称为重载。
隐藏 若派生类的函数名与基类的 函数名相同,派生类的函数则会吧基类的函数隐藏起来。
覆盖 派生类中的函数与基类中的虚函数完全相同(函数名,参数,返回值均相同),那么称为覆盖。
构造函数不能为虚函数 若构造函数为虚函数,那么派生类生成的过程中将会无法调用基类的构造函数。
析构函数可以为虚函数 并且在实现多态情况下必须设置为析构函数,因为如果不将析构函数设置为虚函数,那么将无法调用派生类的析构函数从而造成内存泄漏。
析构函数不能抛出异常,原因如下:
如果析构函数抛出异常,那么异常点之后的程序并不会执行,那么就会造成内存泄漏的问题。
严格来说,析构函数也是处理异常的一部分;如果之前发生异常,调用析构函数来释放内存,若是析构函数也抛出异常,将会让程序崩溃。
六个函数:
构造函数析构函数拷贝构造函数赋值运算符取址运算符取址运算符const。补充: 取址运算符:T* operator&() 取址运算符const: const T* operator&() const
