C++核心編程—筆記

C++筆記

C++概述
- C++兩大編程思想
  - 面向對象：三大特性
    - 封裝
    - 繼承
    - 多態
  - 泛型編程
雙冒號作用域運算符
- ::如果前面沒有任何作用域，代表使用全局作用域
命名空間
- 用途：解決命名衝突
- 可以存放變量、函數、結構體、類 …
- 必須聲明在全局作用域下
- 可以嵌套命名空間
- 是開放的，可以隨時向命名空間下添加新的成員，同名命名空間會合並
- 可以匿名
```
namespace{
    int a = 100; //相當於在變量前加了一個關鍵字 static
}
```
- 可以起別名
```
namespace veryLongName{
    int a = 100;
}
void test(){
    namespace veryShortName = NameveryLongName;
    cout << veryShortName::a << endl;
}
```
using
- using聲明：當就近原則和using聲明同時出現時，需要避免二義性
- using編譯指令：如果有就近原則，那麼優先使用就近原則；存在多個並且有同名出現，需要加作用域區分
C++對C語言增強
- 全局變量檢測增強
- 函數檢測增強
  - 聲明函數返回值
  - 形參類型檢測
  - 返回值檢測增強
  - 調用時參數傳參個數檢測增強
- 類型檢測增強 malloc 返回void* C++必須強轉
- struct增強
  - C++可以放入函數
  - 使用時C++可以省略關鍵字struct
- 三目運算符
  - C語言返回值
  - C++返回變量
- const增強
  - 全局const修飾變量受到常量區保護，即使語法通過，運行也會報錯（C和C++效果一樣）
  - 局部const修飾的變量可以間接修改成功（C可修改，C++不可修改）
```
{
	const int b = 100;
	int *p = &b;
	*p = 200;
}
```
  - C++中const修飾變量可以用來初始化數組 int arr[b];
  - 連接屬性
    - C默認外部鏈接屬性
    - C++默認內部鏈接屬性
- const分配內存
  - 對const修飾變量取地址時會分配內存
  - const前加external關鍵字後也會分配內存
  - 使用變量來初始化const修飾變量
  - 對於自定義數據類型，也會分配內存
引用
- 給一個內存空間起別名
- 一旦初始化後不可修改指向了
  - 本質是指針常量，所以必須初始化，並且初始化後不可修改
- 先定義數組類型，在定義引用
```
int arr[10];
int (&Arr)[10] = arr;
```
參數傳遞方式
- 值傳遞
- 地址傳遞
- 引用傳遞
引用注意事項
- 不要返回局部變量的引用
- 如果函數返回值是引用，那麼這個函數可以作爲左值進行運算
指針的引用
- 通過引用技術可以簡化指針

常量的引用

類型前加const

int & ref = 10; //錯誤
const & ref = 10; //編譯會優化,類似於: int temp = 10; const int & int ref = temp;

使用場景：修飾函數中形參，防止誤操作

類
- class + 名 { 成員 }
- 類構成：成員函數和成員屬性
- 作用域：public、protected、private
  - public：類內可以訪問類外也可以訪問
  - protected：類內可以訪問類外不可以訪問（子類可以訪問）
  - private：類內可以訪問類外不可以訪問（子類不可以訪問）
內聯函數
- 內聯函數引出–宏函數
  - 必須保證運算完整性，加括號
  - 即使加括號，有些情況依然和預期結果不符合
- 函數的聲明和實現必須同時加inline
- 內部成員函數默認前面加了inline關鍵字
- 內聯限制（編譯器決定是否爲內聯）
  - 不能存在任何形式的循環語句
  - 不能存在過多的條件判斷語句
  - 函數體不能過大
  - 不能對函數進行取地址操作
函數默認參數
- 在形參後面=默認值
- 所有默認參數在參數列表最右邊
- 函數的聲明和實現只能有一個有默認參數
佔位參數
- 函數參數列表中只寫類型，調用時必須要傳入參數
- 佔位參數也可以有默認參數
函數重載
- 滿足函數重載條件
  - 作用域必須相同
  - 函數名稱相同
  - 函數的參數類型、個數或順序不同
  - 返回值不可以作爲重載的條件
- 引用的重載函數
  - 加const和不加const也可以作爲重載條件
- 函數重載碰到函數參數默認值時，避免二義性
extern “C”
- 函數重載原理，編譯器在底層會將函數名字做兩次修飾，方便內部訪問函數
- 在C++下運行C語言文件
```
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

    ...
    
#ifdef __cplusplus
}
#endif
```
類的封裝
- C語言的封裝
  - 缺點：C語言下沒有做類型轉換的檢測；將屬性和行爲分離
- C++封裝
  - 將屬性和行爲作爲一個整體，來表現生活中的事和物
  - 將成員加權限控制
- struct和class區別在於默認權限
  - struct：public
  - class：private
構造和析構
- 構造
  - 沒有返回值，也不寫void，函數名與類型相同
  - 可以有參數，可以發生重載
  - 由編譯器自動調用，不需要手動調用，而且編譯器只會調用一次
- 析構
  - 沒有返回值，也不寫void，函數名與類型相同在函數名前加~
  - 不可以有參數，不可以發生重載
  - 由編譯器自動調用，不需要手動調用，而且編譯器只會調用一次
- 構造函數分類
  - 按照參數進行分類
    - 有參構造：Person(int age){ }
    - 無參構造（默認構造）：Person( ){ }
  - 按照類型分類
    - 普通構造
    - 拷貝構造：Person(const Person &p){ }
- 構造函數調用規則
  - 系統默認提供三個函數：默認構造函數、析構函數、拷貝構造函數
  - 如果提供了有參構造函數，那麼系統就不會提供默認構造函數，但依然提供拷貝構造函數
  - 如果提供了拷貝構造函數，那麼系統就不會提供其他的普通構造函數了
深拷貝和淺拷貝
- 系統提供拷貝構造函數只會做簡單的值拷貝
- 如果類中有屬性開闢到堆區，那麼在釋放的時候，由於淺拷貝問題導致堆區內容會重複釋放，程序崩潰
初始化列表
- 構造函數名( ) : 屬性 ( 值 ) , 屬性 ( 值 ) …
類對象作爲類成員
- 當其他類作爲本來成員，先構造其他類對象，再構造自身，釋放順序與構造相反
explicit關鍵字
- 防止隱式類型轉換方式來初始化化對象
new和delete運算符
- malloc和new、free和delete區別
  - new、delete是運算符，malloc、free是庫函數
  - malloc返回void *， new返回的是new出來的對象指針
  - malloc需要判斷是否開闢成功，而new內部做了操作（內部會malloc數據在堆區，判斷內存是否分配成功，調用構造函數）
  - malloc不會調用構造函數，而new調用構造函數
  - malloc對應釋放是free，new對應釋放是delete
- 注意
  - 不要用void *去接受new出來的對象，原因是不能夠釋放
  - 用new在堆區創建數組，類中必須要存在默認構造函數，否則無法創建
  - 如果是數組釋放的時候要在delete後加 [ ]
靜態成員
- 靜態變量
  - 數據共享
  - 在編譯階段分配內存
  - 在類內聲明、類外進行初始化
  - 訪問方式：對象訪問、類名訪問
  - 也有訪問權限
- 靜態函數
  - 訪問方式：對象訪問、類名訪問
  - 靜態成員函數不可以訪問非靜態成員變量
  - 靜態成員函數可以訪問靜態成員變量，因爲都是共享數據
  - 非靜態成員函數可以訪問靜態成員變量和非靜態成員變量
  - 也有訪問權限
單利模式
- 主席類：一個類中只有唯一的一個實例對象
- 數據共享，而且只許拿到一個主席的對象的指針即可
成員變量和成員函數存儲
- 成員屬性算在類大小中
- 成員函數、靜態成員變量、靜態成員函數並不算在類大小中
this指針
- this指針指向的是被調用的成員函數所屬的對象
- *this對象本體
- this解決名稱衝突
空指針訪問成員函數
- 如果是一個空指針
- 可以訪問沒有this的一些成員函數
常函數和常對象
- this指針本質
  - 指針常量 type * const this;
  - 指針的指向不可以修改，指針指向的值可以修改
- 常函數：
  - 成員函數後面加const，不可以修改成員屬性
- 常對象：
  - 不可以修改內部屬性
  - 常對象只能調用常函數，不能調用普通成員函數
- 如果特殊要修改常函數或常對象：在屬性前加mutable修飾
友元
- 全局函數作爲友元函數
  - 全局函數作爲本類友元函數，可以訪問私有內容
    在類內部寫入：friend + 函數聲明
- 類作爲友元類
  - 告訴編譯器一個類是本類的好朋友，那麼他就可以訪問到裏面私有內容
  - 在類內部寫入：friend class 類名
- 成員函數作爲友元函數
  - 告訴編譯器一個類中的成員函數是本類的好朋友，那麼他就可以訪問到裏面私有內容
加號運算符重載
- 對於內置數據類型，編譯器知道該如何進行運算
- 但是對於自定義數據類型，編譯器並不知道該如何運算
- 利用運算符重載可以解決問題
- 實現兩個類數據類型相加
  - 分別利用成員函數和全局函數來實現
  - 成員函數本質 p1.operator+(p2)
  - 全局函數本質operator+(p1,p2)
  - 簡化p1+p2
左移運算符重載
- 對於內置數據類型，編譯器知道如何cout進行<<運算輸出
- 對於自定義數據類型，無法輸出
- 重載左移
  - 利用成員函數：失敗，原因不能讓cout在左側
  - 利用全局函數：ostream& operator<<(ostream& cout, class_name &p)
遞增運算符重載
- 前置++
  - 返回引用，class_name & operator++( )
- 後置++
  - 返回值，class_name operator++(int )
- 前置++的效率略高於後置++，原因是前置不會調用拷貝構造函數
智能指針（指針運算符重載）
- 智能指針：用來託管堆區創建的對象的釋放
- 如果想讓sp對象創建當做一個指針去對待，需要重載-> *
賦值運算符重載
- 系統會默認給一個類添加4個函數：默認構造、拷貝構造、析構、operator=
- 由於系統提供的operator會進行簡單的值拷貝，導致如果屬性中有堆區的數據，會進行重複釋放
- 解決方案：需要重載operator=
- 返回值 class_name & operator=(const class_name & p)

[ ]重載

案例

int& class_name::operator[](int index){
    return this->pAddress[index];
}

關係運算符重載
- 重載 == 和 !=
- 實現兩個自定義數據類型對比操作
不要重載 && 和 ||
- 原因：無法實現短路規則
- 總結 ( )、[ ]、->、= 只能卸載成員函數中進行重載
- << 和 >> 通常寫在全局函數配合友元進行重載
繼承
- 基本語法
  - 語法：class 子類：繼承方式父類
  - 父類：基類
  - 子類：派生類
- 繼承好處：可以減少重複代碼出現
- 繼承方式
  - 公共繼承
    - 父類中public到子類中public
    - 父類中protected到子類中protected
    - 父類中private到子類中private
  - 保護繼承
    - 父類中public到子類中protected
    - 父類中protected到子類中protected
    - 父類中private到子類中訪問不到
  - 私有繼承
    - 父類中public到子類中private
    - 父類中protected到子類中private
    - 父類中private到子類中訪問不到
- 構造和析構
  - 先調用父類構造，在調用子類構造，析構順序和構造相反
  - 可以利用初始化列表方法顯示制定出調用父類的哪個構造函數
- 同名成員處理
  - 如果子類和父類擁有同名成員，優先調用子類成員，可以通過作用域調用父類的成員
  - 同名成員函數，子類會隱藏掉父類中的所有版本，如果想調用父類中的其他版本，加上作用域即可
- 同名靜態成員處理
  - 如果子類和父類擁有同名成員，優先調用子類成員，可以通過作用域調用父類的成員
  - 同名成員函數，子類會隱藏掉父類中的所有版本，如果想調用父類中的其他版本，加上作用域即可
  - 訪問方式有兩種
    - 通過對象進行訪問
    - 通過類名進行訪問
- 多繼承
  - class 子類：繼承方式父類1，繼承方式父類2
  - 當兩個父類中有同名的成員被子類繼承後，調用時候需要加上作用域區分
- 菱形繼承（Animal父類，Sheep和Tuo同時繼承Animal，SheepTuo進行多繼承，父類 Sheep和Tuo）
  - 問題1：訪問父類中的數據，需要加作用域區分具體數據
  - 問題2：由於菱形繼承導致繼承的數據有一份浪費
  - 解決方案：利用虛繼承 virtual Animal類屬於虛基類
  - 在Sheep和Tuo類中繼承的內容爲vbptr 虛基類
    - v：virtual
    - b：base
    - ptr：pointer
  - vbptr指針指向虛基類表 vbtable
  - vbtable中有偏移量，通過偏移量可以找到唯一的一份數據
多態
- 靜態多態 – 函數重載、運算符重載
- 動態多態 – 父子之間繼承 + 虛函數
- 動態多態滿足條件
  - 父類中有虛函數
  - 子類重寫父類的虛函數
  - 父類的指針或引用指向子類的對象
- 重寫：子類重寫新實現父類中的虛函數，必須返回值、函數名、參數一致才成爲重寫
- 子類在做重寫的時候，可以不加關鍵字virtual
- 多態原理
  - 當父類中存在虛函數後，內部發生結構變化
  - 多了指針 vfptr 虛函數表指針 – 指向虛函數表 vftable
  - 虛函數表內部記錄着虛函數的地址
  - 當子類發生重寫後，會修改子類中的虛函數表中的函數地址，但是並不會影響父類中的虛函數表
- 多態好處
  - 對擴展提高
  - 組織性強
  - 可讀性強
- 如果父類中有虛函數，子類並沒有重寫父類的虛函數，那麼這樣的代碼毫無意義（沒有用到多態帶來的好處，反而內部結構變的複雜了）
抽象類和純虛函數
- 純虛函數語法：virtual void func( ) = 0;
- 如果一個類中有純虛函數，那麼這個類就無法實例化對象
- 有純虛函數的類，也稱爲抽象類
- 如果子類繼承了抽象類，那麼子類必須重寫父類的純虛函數，否則子類也屬於抽象類
虛析構和純虛析構
- 如果子類中有屬性創建在堆區，那麼多態情況下，不會調用子類的析構代碼，導致內存泄漏
- 解決方案：利用虛析構或者純虛析構
- 虛析構：在析構前加 virtual
- 純虛析構 virtual ~函數名() = 0
- 純虛析構類內聲明、類外必須要實現
- 如果一個類中有了純虛析構函數，那麼這個類也屬於抽象類
向上和向下類型轉換
- 父類轉子類向下類型轉換不安全
- 子類轉父類向上轉換安全
- 如果發生多態，總是安全的
重載重寫重定義
- 重載函數重載
  - 同一個作用域函數名相同
  - 參數個數類型順序不同滿足條件
  - 返回值不可以作爲重載條件
- 重寫
  - 繼承關係
  - 父類中有虛函數
  - 子類可以重寫父類中的函數，返回值、函數名、參數類別都一致
- 重定義
  - 繼承關係
  - 非虛函數子類重新定義父類中同名的成員函數
函數模板
- template 告訴編譯器 T是萬能數據類型，下面緊跟的函數或者類中出現 T類型，不要報錯
- 調用模板函數
  - 自動類型推到，必須讓編譯器推導出一致 T類型纔可以使用模板
  - 顯示指定類型，顯示的告訴編譯類型 T的類型
- 模板使用的時候必須要告訴編譯器 T是什麼類型，否則無法使用
普通函數和函數模板的區別和調用規則
- 區別
  - 普通函數可以隱式類型轉換
  - 函數模板如果是自動類型推到的使用，是不可以發生隱式類型轉換
- 調用規則
  - 如果函數模板和普通函數都可以實現調用，那麼優先調用普通函數
  - 可以通過空參數列表語法來強制調用函數模板
  - 函數模板也可以發生函數重載
  - 如果函數模板可以產生更好的匹配，那麼優先使用的是函數模板
模板機制
- 編譯器並不是把函數模板處理成能夠處理任何類型的函數
- 函數模板通過具體類型產生不同的函數（產生了模板函數）
- 編譯器會對函數模板進行兩次編譯，在聲明的地方對模板代碼本身進行編譯，在調用的地方對參數替換後的代碼進行編譯
模板侷限性以及利用具體化技術解決
- 模板並不是真正的通用代碼，對於一些自定義的數據類型，模板有時不能實現效果
- 可以通過具體化實現對自定義數據類型進行操作
- template<> bool myCompare(Person & a, Person & b)
類模板
- template下面緊跟的是個類，那麼這個類成爲類模板
- 類模板和函數模板區別
  - 類模板使用時不可以用自動類型推導，必須顯示指定類型
  - 類模板中的類型可以有默認參數
- 泛型編程 – 體現在模板技術 – 特點將類型參數化
- 類模板中的成員函數創建時機
  - 類模板中的成員，並不是一開始創建出來的，而是在運行階段才創建出來
- 類模板作爲參數
  - 指定傳入類型
  - 參數模板化
  - 整個類模板化
  - 查看T類型名稱：typeid(T).name()
- 類模板遇到繼承問題及解決
  - 如果父類是一個類模板，子類在做繼承時，必須指定出父類中T的類型，否則無法給父類中的T分配內存
- 類模板的份文件編寫問題以及解決
  - 類模板不建議分文件編寫，因爲成員函數創建時機運行階段，使用時必須要包含.cpp纔可以
  - 解決方法：將類中成員函數的聲明和實現都寫到一個文件彙總，並且將文件後綴名改爲.hpp即可（約定俗成）
- 類模板遇到友元函數
  - 全局函數做友元的類內實現
  - 全局函數做友元的類外實現
    - 模板函數聲明模板函數實現
類型轉換
- 靜態類型轉換 static_cast
  - 語法：static_cast<目標類型>（原對象）
  - 對於內置數據類型可以轉換
  - 對於自定義數據類型，必須是父子之前的指針或者引用可以轉換
- 動態類型轉換 dynamic_cast
  - 語法：dynamic_cast<目標類型>（原對象）
  - 對於自定義數據類型
    - 父轉子不安全轉換失敗
    - 子轉父安全轉換成功
    - 如果發生多態，那麼總是安全的都可以轉成功
- 常量類型轉換 const_cast
  - 只能對指針或者引用之間使用
- 重新解釋類型轉化 reinterpret_cast
  - 不建議使用不安全
異常處理
- 基本語法
  - 三個關鍵字：try throw catch
  - try：試圖執行一段可能會出現異常的代碼
  - throw：出現異常後拋出異常關鍵字 throw+類型
  - catch：捕獲異常 catch(類型)
  - 如果捕獲到的異常不想處理，想繼續向上拋出 throw
  - 異常必須要有人處理，如果沒有處理，程序會自動調用terminate函數，使用程序中斷
- 可以拋出一個自定義類型的異常 myException
- 棧解旋：從try代碼開始，到throw拋出異常，所有棧上的對象都被釋放掉，釋放的順序和構造順序是相額反的，這個過程稱爲棧解旋
- 異常的接口聲明
  - 如果只允許函數體中拋出某種異常，可以使用異常的接口聲明
  - void func(類型)，如果throw(空)，代表不允許拋出異常
- 異常變量聲明週期
  - MyException e會調用拷貝構造
  - MyException &e引用方式接受建議使用這種方式節省開銷
  - MyException *e指針方式接受拋出&MyException()；匿名對象，對象被釋放掉，不可以再操作了
  - MyException *e指針方式接受拋出 new MyException()；堆區創建的對象，記得手動釋放 delete e；
  - 建議使用引用的方式去接受對象
- 異常的多態使用
  - 提供基類異常類BaseException 純虛函數 virtual void printError() = 0；
  - 提供兩個子類繼承異常基類重寫父類中的純虛函數
  - 測試利用父類引用去接受子類對象實現多態
  - 拋出哪種異常就打印哪種異常printError函數
- 使用系統標準異常
  - 標準異常頭文件 #include
  - 使用系統異常類 out_of_range(char *)
  - 捕獲 catch(exception &e) {cout << e.what();}
標準輸入和輸出
- 標準輸入
  - cin.get() 緩衝區中讀取一個字符
  - cin.get(兩個參數) 不讀取換行符
  - cin.getline() 讀取換行並且扔掉
  - cin.ignore() 忽略（N） N代表忽略字符數
  - cin.peek() 偷窺偷看1個字符然後放回去
  - cin.putback() 返回把字符放回緩衝區
  - cin.fail() 緩衝區的標誌位 0：正常 1：異常
  - cin.clear() cin.sync() 重置標誌位並且刷新緩衝區
- 標準輸出
  - out.put() out.write() 利用成員函數輸出內容
  - 通過流成員函數
    - int number = 99;
    - cout.width(20); 預留20空間
    - cout.fill("*"); 填充
    - cout.setf(ios::left); 左對齊
    - cout.unsetf(ios::dec); 卸載十進制
    - cout.setf(ios::hex); 安裝十六進制
    - cout.setf(ios::showbase); 設置顯示進制基數
    - cout.unsetf(ios::hex); 卸載十六進制
    - cout.setf(ios::oct); 安裝八進制
    - cout << number << endl;
  - 使用控制符頭文件#include
    - int number = 99;
    - cout << setw(20); 設置寬度
    - << setfill("~") 填充
    - << setiosflag(ios::showbase) 顯示進制基數
    - << setiosflag(ios::left) 設置左對齊
    - << hex 安裝十六進制
    - << number
    - << endl;
文件讀寫操作
- 讀寫頭文件 #include
- 寫 ofstream ofs
  - ofs.open 指定打開方式 ios::out | ios::trunk
  - 判斷是否打開成功 ofs.is_open
  - ofs << “aaa”;
  - 關閉流對象 ofs.close();
- 讀
  - ifstream ifs
  - 指定打開方式 ios::in
  - 判斷是否打開成功 is_open
  - 三種方式可以讀文件中的數據
  - 關閉流對象 ifs.close();

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