0%

cpp语言核心

发表于 更新于 分类于 阅读次数： 评论次数：

阅读本文之前，可先参考c 语言核心

c++相对于 c 语言，主要是增加了面向对象和模板编程

c++中的实体

C++ 程序中的实体包括：值、对象、引用、 结构化绑定 (C++17 起)、函数、枚举项、类型、类成员、模板、模板特化、命名空间和形参包。预处理器宏不是 C++ 实体。

对象类型：非函数类型、非引用类型且非 void 类型的
所以，以下实体都不是对象：值，引用，函数，枚举项，类型，类的非静态成员，位域，模板，类或函数模板的特化，命名空间，形参包，和 this。

名字查找和命名空间

作用域：文件作用域（全局作用域）、命名空间作用域、类作用域、块作用域、枚举作用域、函数作用域、函数形参作用域、模板形参作用域

内部链接和外部链接

内部链接：其他编译单元无法访问的名称，拥有内部链接，相反是外部链接

以下为内部链接：

  1. 所有声明
  2. 类型(struct/union/enum 等)
  3. 命名空间中的 static 函数和变量以及 const 常量
  4. inline 函数

以下为外部链接：

  1. 命名空间中的非 static 函数和变量
  2. 类成员函数（包含成员函数和 static 成员函数）和静态成员变量

类型比较

c++有如下类型：

  • 基本类型
    • void
    • nullptr：空指针
    • 算术类型
      • 整数类型
        • bool 类型
        • 字符类型
          • 窄字符：（char、signed char、unsigned char、char8_t）
          • 宽字符：（char16_t、char32_t、wchar_t）
        • 整数类型：各种限定的 int
      • 浮点类型：（float 、 double 、 long double）
  • 复合类型
    • 数组类型
    • 函数类型
    • 指针类型（包括对象指针，函数指针，成员函数指针，数据成员指针）
    • 引用类型
    • 枚举类型
    • 类类型
    • 联合体类型

基本类型异同

空指针字面量

为什么需要空指针字面量？
空指针用于表示一个无效的指针，它的值为 0（早期 C 语言的实现中可能有非 0 空指针，现在已经不用）。对指针置 NULL 即标记指针无效，避免“野指针”的恶果

c 语言空指针定义于<stddef.h>，它可以被定义为 ((void*)0), 0 或 0L，这取决于编译器供应商。

1
2
3
4
5
6
7
// 兼容 C++ ：
#define NULL 0
// 不兼容 C++ ：
#define NULL ((void*)0)
// 允许void * 与任意其他对象指针的隐式类型转换
int* p = malloc(10 * sizeof(int)); // malloc 返回 void*
void *pv = p; // int * 转换为void *

c++中空指针定义如下：

1
2
3
#define NULL 0
// C++11 起
#define NULL nullptr

问题一：为什么 c++把 NULL 定义为 0，而不是 void？
因为 c++中不允许(void)到其他类型指针的隐式类型转换

1
2
3
4
#define NULL ((void*)0) /* 如果在 C++ 语言中这么定义的话 */
int* a = NULL; /* 隐式转换，编译错误 */
int* a = (int*)NULL; /* 显示转换，正确，但很麻烦*/
int* a = 0; // 可以，字面量0可以隐式转换为指针类型

结论：c++中，NULL 只能被定义为 0

问题二：有了 NULL 表示空指针，c++11 为什么增加 nullptr_t ?
当 NULL 被定义为 0 后，在函数重载时，会发生歧义，如下

1
2
3
4
5
6
7
8
void Func(char *);
void Func(int);

int main()
{
    Func(NULL);  // NULL=0,所以不知道应该调用哪个
    Func(nullptr); // 调用Func(char *);
}

c++11 的解决方案，定义个 std::nullptr_t 类型，该类型定义了转到任意指针类型的转换操作符，同时不允许该类型的对象转换到非指针类型

结论：用 nullptr 类型表示无效指针后，既不需要初始化时显示转换的麻烦，又避免 NULL 定义为 0 时的函数重载问题，而保留 NULL 只是为了向后兼容。所以 c 中使用 NULL，c++11 中使用 nullptr。

bool 类型
c99 开始，增加关键字_Bool 支持布尔类型

1
2
3
#define bool	_Bool
#define true	1
#define false	0

c99 后，bool，true，false 为宏定义，在<stdbool.h>中
c++中，bool，true，false 均为关键字

字符类型

c++中，目前有以下内置字符类型(关键字)：
char
char8_t (C++20 起)：UTF-8 字符表示的类型，char8_t utf8[] = u8”我”
char16_t (C++11 起)：UTF-16 字符表示的类型，char16_t utf16[] = u”我”
char32_t (C++11 起)：UTF-32 字符表示的类型，char32_t utf32[] = U”我”
wchar_t: 实现定义，windows 为 16 位 short 类型，gcc 为 32 位 int 类型，定宽字符

c 语言中，使用宏定义实现：

1
2
3
typedef unsigned short wchar_t;  // wctype.h
typedef uint_least16_t char16_t; // 定义于<uchar.h>
typedef uint_least32_t char32_t; // 定义于<uchar.h>

字符串使用原则：
程序内部使用 char8_t（UTF-8 编码）字符串，既可以表示所有字符，又不浪费空间
求字符串长度等操作时，转换为 wchar_t 宽字符串方便操作，char16_t 和 char32_t 存在字节序问题，不建议使用
注意：宽字符和窄字符相互转换，或者输出到控制台时，需要设定正确的 locale，才能正确解析窄字符串

引用类型
c++增加引用类型，表示一个标识符的别名，故不占用存储空间
没有数组的引用，没有指针的引用，没有引用的引用

面向对象

通过 class 或者 struct 支持面向对象编程

编译器默认会定义的成员函数：

1
2
3
4
5
6
7
8
class A {
	A() {} // 默认构造函数
	A( const A & ) {} // 复制构造函数
	//移动构造函数 (C++11 起)
	//复制赋值运算符
	//移动赋值运算符 (C++11 起)
	//析构函数
}

c++中的多态：
函数重载：可以定义不同参数的相同名称的函数，编译期，原理是编译器会产生不同的符号
多态：基类中定义的虚函数，可以被子类覆盖，运行时调用不同的函数
多态原理：通过虚函数表和虚表指针实现，编译器为每个定义了虚函数的类分配一个虚函数表，表中存放的是这个类所有虚函数的指针，每个类对象的最前面存放的是虚函数表指针，

模板编程

通过模板编程支持范型编程，让程序员编写与类型无关的通用代码，比如通用算法

1
2
3
4
5
6
// 函数模板
template <class 形参名, class 形参名, ...> 返回类型 函数名(参数列表) { ... }

// 类模板
template <class 形参名, class 形参名, ...> class 类名{ ... };
}

模板有显式实例化，隐式实例化，特化（具体化）
隐式实例化：运行期间，根据参数动态生成模板实例
显式实例化：编译期间，生成对应的实例
特化：针对自定义参数，不能生成对应实例时，跟显示实例化一样，编写针对特定类型的模板