c++各种知识点总结

• C++
• 参考了https://interview.huihut.com

1.const

1. 作用

1. 修饰变量，说明该变量不可以被改变；

2. 修饰指针，分为指向常量的指针(const T *指向常量的指针，先是常量类型，再是指针)和指针常量(T *const指针常量：指针在前 常量在后)；

3. 常量引用(const T&)，经常用于形参类型，即避免了拷贝，又避免了函数对值的修改；

4. 修饰成员函数(放在函数签名后)，说明该成员函数内不能修改成员变量。

1. 使用

1.常成员变量，只能在初始化列表赋值

2.常成员函数，不得修改类中的任何数据成员的值

3.常对象，只能调用常成员函数

2. static

1. 作用

1. 修饰普通变量，修改变量的存储区域和生命周期(main运行之前就分配空间)，如果有初始值就用初始值初始化它，如果没有初始值系统用默认值初始化它。

2. 修饰普通函数，表明函数的作用范围，仅在定义该函数的文件内才能使用。可防止与他人命名空间里的函数重名。

3. 修饰成员变量，修饰成员变量使所有的对象只保存一个该变量，而且不需要生成对象就可以访问该成员。

4. 修饰成员函数，修饰成员函数使得不需要生成对象就可以访问该函数，但是在 static 函数内不能访问非静态成员。

3.this 指针

1. this指针是一个隐含于每一个非静态成员函数中的特殊指针。它指向调用该成员函数的那个对象。

2. 当对一个对象调用成员函数时，编译程序先将对象的地址赋给 this 指针，然后调用成员函数，每次成员函数存取数据成员时，都隐式使用 this 指针。

3. 当一个成员函数被调用时，自动向它传递this指针。

4. this 指针被隐含地声明为: `ClassName *const this`，这意味着不能给 `this` 指针赋值；在 `ClassName` 类的 const 成员函数中，this 指针的类型为：const ClassName* const，这说明不能对 `this` 指针所指向的这种对象是不可修改的（即不能对这种对象的数据成员进行赋值操作）；

5. `this` 并不是一个常规变量，而是个右值，所以不能取得 this 的地址（不能 &this）。

6. 在以下场景中，经常需要显式引用 this 指针：

1. 为实现对象的链式引用；在成员函数中 return *this 实现链式引用。

2. 为避免对同一对象进行赋值操作；在拷贝构造函数中先判断传进来的对象与当前对象是否为同一个对象。

3. 在实现一些数据结构时，如 list

4. 成员函数形参变量与成员变量同名,通过this->区分。

1. 为什么使用return *this 只能返回使用该成员函数的对象的引用，而不是直接返类型对象？

答：  类定义体结束前，该类型是不完全类型，只能使用该类型的指针或引用

4.inline 内联函数

1. 特征

1.相当于把内联函数里面的内容写在调用内联函数处；

2.相当于不用执行进入函数的步骤，直接执行函数体；

3.相当于宏，却比宏多了类型检查，真正具有函数特性；

4.编译器一般不内联包含循环、递归、switch 等复杂操作的内联函数；

5.在类声明中定义的函数，除了虚函数的其他函数都会自动隐式地当成内联函数。

类外定义，需要显式内联

inline int A::doA() { return 0; }   // 需要显式内联

6. 内联是一个请求，编译器不一定采纳

1. 编译器对 inline 函数的处理步骤

1. 将 inline 函数体复制到 inline 函数调用点处；

2. 为所用 inline 函数中的局部变量分配内存空间；

3. 将 inline 函数的输入参数和返回值映射到调用方法的局部变量空间中；

4. 如果 inline 函数有多个返回点，将其转变为 inline 函数代码块末尾的分支（使用 GOTO）。

1. 优点

1. 内联函数同宏函数一样将在被调用处进行代码展开，省去了参数压栈、栈帧开辟与回收，结果返回等，从而提高程序运行速度。

2. 内联函数相比宏函数来说，在代码展开时，会做安全检查或自动类型转换（同普通函数），而宏定义则不会。

3. 在类中声明同时定义的成员函数，自动转化为内联函数，因此内联函数可以访问类的成员变量，宏定义则不能。

4. 内联函数在运行时可调试，而宏定义不可以。

1. 缺点

1. 代码膨胀。内联是以代码膨胀（复制）为代价，消除函数调用带来的开销。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。

2. inline 函数无法随着函数库升级而升级。inline函数的改变需要重新编译，不像 non-inline 可以直接链接。

3. 是否内联，程序员不可控。内联函数只是对编译器的建议，是否对函数内联，决定权在于编译器。

1. 虚函数（virtua）可以是内联函数（inine）吗

虚函数可以是内联函数，内联是可以修饰虚函数的，但是当虚函数表现多态性的时候不能内联。原因：内联是在编译期建议编译器内联，而虚函数的多态性在运行期，编译器无法知道运行期调用哪个代码，因此虚函数表现为多态性时（运行期）不可以内联。`inline virtual` 唯一可以内联的时候是：编译器知道所调用的对象是哪个类（如 `Base::who()`），这只有在编译器具有实际对象而不是对象的指针或引用时才会发生。

5.volatile

1.volatile 关键字是一种类型修饰符，不用它声明的类型变量表示可以被某些编译器未知的因素（操作系统、硬件、其它线程等）更改。所以使用 volatile 告诉编译器不应对这样的对象进行优化。

2.volatile 关键字声明的变量，每次访问时都必须从内存中取出值（没有被 volatile 修饰的变量，可能由于编译器的优化，从 CPU 寄存器中取值）

3.const 可以是 volatile （如只读的状态寄存器）

4.指针可以是 volatile  

6. assert()

断言，是宏，而非函数。assert 宏的原型定义在 <assert.h>（C）、<cassert>（C++）中，其作用是如果它的条件返回错误，则终止程序执行。可以通过定义 NDEBUG 来关闭 assert，但是需要在源代码的开头，`include <assert.h>` 之前。

7. sizeof()运算符

  sizeof 对数组，得到整个数组所占空间大小(以字节为单位)。

sizeof 对指针，得到指针本身所占空间大小。（32位下是4）

sizeof是运算符，发生在编译期，数组实际分配内存大小，与里面的值无关。strlen是函数，发生在运行时，用来计算字符串的长度，遇到第一个NULL('\0')为止，不包括‘\0’

8. #pragma pack(n)

设定结构体、联合以及类成员变量以 n 字节方式对齐，与push、和pop一块用可以控制每个类型的对齐字节数，如果不用push、pop的话可能整个文件都以同一个对齐方式来

#pragma pack(push)  // 保存对齐状态

#pragma pack(4)     // 设定为 4 字节对齐

 

struct test

{

    char m1;

    double m4;

    int m3;

};

 

#pragma pack(pop)   // 恢复对齐状态

9.位域

类可以将其数据成员定义成位域，在一个位域中有一定数量的二进制位。位域的声明形式是在成员名字后紧跟一个冒号以及一个常量表达式，该表达式用于指定成员所占的二进制位数。位域可以节省内存资源，使数据结构更紧凑。当一个程序需要向其他程序或硬件设备传递二进制数据时，通常会用到位域。

struct Date

{

       unsigned int nWeekDay : 33;

};

未命名的位域字段可以起到填充作用，位数为 0 时则起到强制对齐的效果。

struct Date

{

   unsigned int nWeekDay  : 3;    // 0..7   (3 bits)

   unsigned int nMonthDay : 6;    // 0..31  (6 bits)

   unsigned int          : 0;    // Force alignment to next boundary.

   unsigned int nMonth    : 5;    // 0..12  (5 bits)

   unsigned int nYear     : 8;    // 0..100 (8 bits)

};

1. 1. 位域在内存中的布局是与机器有关的
   2. 位域的类型必须是整型或枚举类型，带符号类型中的位域的行为将因具体实现而定，位域字段位数不能超过类型的最大位数。位域定义中的数据类型如果是有符号的，那么其位数就不能少于两位(因为其中一个是符号位)
   3. 取地址运算符（&）不能作用于位域，任何指针都无法指向类的位域
   4. 位域字段在内存中的位置是按照从低位向高位的顺序放置的
   5. 位域字段不能是类的静态成员。

10. extern "C"

1. 被 extern 限定的函数或变量是 extern 类型的
2. 被 `extern "C"` 修饰的变量和函数是按照 C 语言方式编译和链接的

`extern "C"` 的作用是让 C++ 编译器将 `extern "C"` 声明的代码当作 C 语言代码处理，可以避免 C++ 因符号修饰导致代码不能和C语言库中的符号进行链接的问题。

 

11. struct 和 typedef struct

C中：

typedef     struct         Student {

int age;

}S

等价于

struct Student {

int age;

};

typedef struct Student S;// S和struct Student的名称空间不同

同时可以定义同名函数，void Student() {} 使用不冲突。

C++中：

编译器定位符号的规则（搜索规则）改变，导致不同于C语言。

struct Student {...}; // 可以使用Student 也可以使用struct Student

typedef struct Student S；

1. 可以定义名为Student的函数

若定义了与 `Student` 同名函数之后，且Student只代表函数，不代表结构体。

1. 不可以定义名为S的函数 void S(){}错误，因为标识符S已经被定义为struct Student的别名。

struct与class区别：

* 最本质的一个区别就是默认的访问控制

    1. 默认的继承访问权限。struct 是 public 的，class 是 private 的。 

2. struct 作为数据结构的实现体，它默认的数据访问控制是 public 的，而 class 作为对象的实现体，它默认的成员变量访问控制是 private 的。

11. explicit（显式）关键字

* explicit 修饰构造函数时，可以防止隐式转换和复制初始化（包括复制初始化和复制列表初始化）

* explicit 修饰转换函数时，可以防止隐式转换，按语境转换除外。

12.friend友元类和友元函数

1.访问私有成员

2.破坏封装性

3.友元关系不可传递

4.友元关系的单向性

5.友元声明的形式及数量不受限制             

13.using

1. using声明

using std::cout;

class Derived Base{

public:

    using Base::Base;

    /* ... */

};

如上using 声明，对于基类的每个构造函数，编译器都生成一个与之对应（形参列表完全相同）的派生类构造函数。生成如下类型构造函数：

Derived(parms) : Base(args) { }

1. using指示  //尽量少用

using namespace name;

使用using声明时只导入指定的名称，当其与局部名称冲突时，编译器会发出警告。

使用using指示会导入全部名称，当其与局部名称冲突时，局部名称将覆盖命名空间且编译器不会发出警告

14.：：

1. 全局作用域符（::name）：用于类型名称（类、类成员、成员函数、变量等）前，表示作用域为全局命名空间

2. 类作用域符（class::name）：用于表示指定类型的作用域范围是具体某个类的

3. 命名空间作用域符（`namespace::name`）:用于表示指定类型的作用域范围是具体某个命名空间的

15.enum枚举类型

1. 限定作用域：

enum class open_modes { input, output, append };

1. 不限定作用域

enum color { red, yellow, green };

enum { floatPrec = 6, doublePrec = 10 };

15．说明

decltype/左值引用/右值引用见博客：C++11/14新特性

https://blog.csdn.net/qq_36616692/article/details/100971722

16. 成员初始化列表

* 更高效：少了一次调用默认构造函数的过程。

* 有些场合必须要用初始化列表：

  1. 常量成员，因为常量只能初始化不能赋值，所以必须放在初始化列表里面

  2. 引用类型，引用必须在定义的时候初始化，并且不能重新赋值，所以也要写在初始化列表里面

  3. 没有默认构造函数的类类型，因为使用初始化列表可以不必调用默认构造函数来初始化

17. initializer_list 列表初始化

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18.虚函数、纯虚函数、虚继承、抽象类、模板类

1.类里如果声明了虚函数，这个函数是实现的，哪怕是空实现，它的作用就是为了能让这个函数在它的子类里面可以被覆盖（override），这样的话，编译器就可以使用后期绑定来达到多态了。纯虚函数只是一个接口，是个函数的声明而已，它要留到子类里去实现。

2.虚函数在子类里面可以不重写；但纯虚函数必须在子类实现才可以实例化子类。

3.虚函数的类用于 “实作继承”，继承接口的同时也继承了父类的实现。纯虚函数关注的是接口的统一性，实现由子类完成。

4.带纯虚函数的类叫抽象类，这种类不能直接生成对象，而只有被继承，并重写其虚函数后，才能使用。抽象类被继承后，子类可以继续是抽象类，也可以是普通类。

5.虚基类是虚继承中的基类，虚继承用于解决多继承条件下的菱形继承问题（浪费存储空间、存在二义性）。

1. 虚继承和虚函数异同

* 相同之处：都利用了虚指针（均占用类的存储空间）和虚表（均不占用类的存储空间）

* 不同之处：

    * 虚继承

        * 虚基类依旧存在继承类中，只占用存储空间

        * 虚基类表存储的是虚基类相对直接继承类的偏移

    * 虚函数

        * 虚函数不占用存储空间

        * 虚函数表存储的是虚函数地址

1. 模板类中可以使用虚函数

一个类（无论是普通类还是类模板）的成员模板（本身是模板的成员函数）不能是虚函数

1. * 抽象类：含有纯虚函数的类

接口类：仅含有纯虚函数的抽象类

聚合类：用户可以直接访问其成员，并且具有特殊的初始化语法形式。满足如下特点：

1.所有成员都是 public

2.没有定义任何构造函数

3.没有类内初始化

4.没有基类，也没有 virtual 函数

19.内存相关  

1. 1. malloc：申请指定字节数的内存。申请到的内存中的初始值不确定。

2. calloc：为指定长度的对象，分配能容纳其指定个数的内存。申请到的内存的每一位（bit）都初始化为 0。

3. realloc：更改以前分配的内存长度（增加或减少）。当增加长度时，可能需将以前分配区的内容移到另一个足够大的区域，而新增区域内的初始值则不确定。

4. alloca：在栈上申请内存。程序在出栈的时候，会自动释放内存。但是需要注意的是，alloca 不具可移植性, 而且在没有传统堆栈的机器上很难实现。alloca 不宜使用在必须广泛移植的程序中。C99 中支持变长数组 (VLA)，可以用来替代 alloca。

1. 1. new / new[]：完成两件事，先底层调用 malloc 分配了内存，然后调用构造函数（创建对象）。

2. delete/delete[]：也完成两件事，先调用析构函数（清理资源），然后底层调用 free 释放空间。

3. new 在申请内存时会自动计算所需字节数，而 malloc 则需我们自己输入申请内存空间的字节数。

20.智能指针

1. auto_ptr 与 unique_ptr 比较

* auto_ptr 可以赋值拷贝，复制拷贝后所有权转移；unqiue_ptr 无拷贝赋值语义，但实现了`move` 语义；

* auto_ptr 对象不能管理数组（析构调用 `delete`），unique_ptr 可以管理数组（析构调用 `delete[]` ）；

21.强制类型转换

1. static_cast

用于非多态类型的转换

不执行运行时类型检查（转换安全性不如 dynamic_cast）

通常用于转换数值数据类型（如 float -> int）

可以在整个类层次结构中移动指针，子类转化为父类安全（向上转换向上转换是一种隐式转换。），父类转化为子类不安全（因为子类可能有不在父类的字段或方法）

1. dynamic_cast

用于多态类型的转换

执行行运行时类型检查

适用于指针或引用

不明确的指针的转换将失败（返回 nullptr），但不引发异常

可以在整个类层次结构中移动指针，包括向上转换、向下转换

强制转换为引用类型失败，dynamic_cast 运算符引发 bad_cast 异常。

1. const_cast

用于删除 const、volatile 和 __unaligned（__unaligned修饰的指针，编译器假定指针解已经对齐，只解决数据对齐的问题） 特性（如将 const int 类型转换为 int 类型 ）

1. reinterpret_cast

用于位的简单重新解释

滥用reinterpret_cast 运算符可能很容易带来风险。 除非所需转换本身是低级别的，否则应使用其他强制转换运算符之一。

允许将任何指针转换为任何其他指针类型（如 `char*` 到 `int*` 或 `One_class*` 到 `Unrelated_class*` 之类的转换，但其本身并不安全）

也允许将任何整数类型转换为任何指针类型以及反向转换。

reinterpret_cast 运算符不能丢掉 const、volatile 或 __unaligned 特性。

reinterpret_cast 的一个实际用途是在哈希函数中：通过让两个不同的值几乎不以相同的索引结尾的方式将值映射到索引。

22.运行时类型信息

1. dynamic_cast

多态类型的转换

1. typeid

typeid 运算符允许在运行时确定对象的类型

1. type_id 返回一个 type_info 对象的引用

如果想通过基类的指针获得派生类的数据类型，基类必须带有虚函数

只能获取对象的实际类型

1. type_info

type_info 类描述编译器在程序中生成的类型信息。 此类的对象可以有效存储指向类型的名称的指针。 type_info 类还可存储适合比较两个类型是否相等或比较其排列顺序的编码值。 类型的编码规则和排列顺序是未指定的，并且可能因程序而异。

头文件：typeinfo