C++那些事基础进阶部分学习笔记

类大小计算

• 空类的大小为1字节
• 一个类中，虚函数本身、成员函数（包括静态与非静态）和静态数据成员都是不占用类对象的存储空间。
• 对于包含虚函数的类，不管有多少个虚函数，只有一个虚指针,vptr的大小。
• 普通继承，派生类继承了所有基类的函数与成员，要按照字节对齐来计算大小
• 虚函数继承，不管是单继承还是多继承，都是继承了基类的vptr。(32位操作系统4字节，64位操作系统 8字节)！
• 虚继承,继承基类的vptr。

virtual

纯虚函数和抽象类

C++中的纯虚函数(或抽象函数)是我们没有实现的虚函数！我们只需声明它! 通过声明中赋值0来声明纯虚函数！

// 抽象类
Class A {
    
    
public: 
    virtual void show() = 0; // 纯虚函数
    /* Other members */
}; 

纯虚函数：没有函数体的虚函数
抽象类：包含纯虚函数的类

构造函数不能是虚函数，而析构函数可以是虚析构函数

当基类指针指向派生类对象并删除对象时，我们可能希望调用适当的析构函数。 如果析构函数不是虚拟的，则只能调用基类析构函数。

虚函数与运行多态

虚函数的调用取决于指向或者引用的对象的类型，而不是指针或者引用自身的类型。

静态函数不可以声明为虚函数，同时也不能被const 和 volatile关键字修饰

static成员函数不属于任何类对象或类实例，所以即使给此函数加上virutal也是没有任何意义
虚函数依靠vptr和vtable来处理。vptr是一个指针，在类的构造函数中创建生成，并且只能用this指针来访问它，静态成员函数没有this指针，所以无法访问vptr。

虚函数和虚表

为了实现虚函数，C ++使用一种称为虚拟表的特殊形式的后期绑定。该虚拟表是用于解决在动态/后期绑定方式的函数调用函数的查找表。虚拟表有时会使用其他名称，例如“vtable”，“虚函数表”，“虚方法表”或“调度表”。

虚拟表实际上非常简单，虽然用文字描述有点复杂。首先，每个使用虚函数的类（或者从使用虚函数的类派生）都有自己的虚拟表。该表只是编译器在编译时设置的静态数组。虚拟表包含可由类的对象调用的每个虚函数的一个条目。此表中的每个条目只是一个函数指针，指向该类可访问的派生函数。
其次，编译器还会添加一个隐藏指向基类的指针，我们称之为vptr。vptr在创建类实例时自动设置，以便指向该类的虚拟表。与this指针不同，this指针实际上是编译器用来解析自引用的函数参数，vptr是一个真正的指针。
因此，它使每个类对象的分配大一个指针的大小。这也意味着vptr由派生类继承，这很重要。

子类的虚表拷贝了父类的虚表，子类的 Func1 覆盖掉了父类上的 Func1。（覆盖指的是虚表中虚函数的覆盖）
虚函数重写：语法层的概念，子类对继承父类虚函数实现进行了重写。
虚函数覆盖：原理层的概念，子类的虚表，拷贝父类虚表进行了修改，覆盖重写那个虚函数。
虚函数的重写与覆盖，重写是语法层的叫法，覆盖是原理层的叫法。

程序运行时，当一个指针调用了一个函数，会首先判断这个指针指向的对象的类型，再根据这个对象的虚表去调用对应的函数。

struct

C中struct

• 在C中struct只单纯的用作数据的复合类型，也就是说，在结构体声明中只能将数据成员放在里面，而不能将函数放在里面。
• 在C结构体声明中不能使用C++访问修饰符，如：public、protected、private 而在C++中可以使用。
• 在C中定义结构体变量，如果使用了下面定义必须加struct。 C的结构体不能继承（没有这一概念）。
• 若结构体的名字与函数名相同，可以正常运行且正常的调用！例如：可以定义与 struct Base 不冲突的 void Base() {}。

C++中struct

与C对比如下：

• C++结构体中不仅可以定义数据，还可以定义函数。
• C++结构体中可以使用访问修饰符，如：public、protected、private 。
• C++结构体使用可以直接使用不带struct。
• C++继承
• 若结构体的名字与函数名相同，可以正常运行且正常的调用！但是定义结构体变量时候只能用带struct的！

struct&class

总的来说，struct 更适合看成是一个数据结构的实现体，class 更适合看成是一个对象的实现体。

区别:
最本质的一个区别就是默认的访问控制
默认的继承访问权限。struct 是 public 的，class 是 private 的。
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。

union

联合（union）是一种节省空间的特殊的类，一个 union 可以有多个数据成员，但是在任意时刻只有一个数据成员可以有值。当某个成员被赋值后其他成员变为未定义状态。联合有如下特点：

• 默认访问控制符为 public
• 可以含有构造函数、析构函数
• 不能含有引用类型的成员
• 不能继承自其他类，不能作为基类
• 不能含有虚函数
• 匿名 union 在定义所在作用域可直接访问 union 成员
• 匿名 union 不能包含 protected 成员或 private 成员
• 全局匿名联合必须是静态（static）的

explicit

C++中的explicit关键字只能用于修饰只有一个参数的类构造函数, 它的作用是表明该构造函数是显示的, 而非隐式的, 跟它相对应的另一个关键字是implicit, 意思是隐藏的,类构造函数默认情况下即声明为implicit(隐式)

• explicit 修饰构造函数时，可以防止隐式转换和复制初始化
• explicit 修饰转换函数时，可以防止隐式转换，但按语境转换除外

引用&指针

左值引用&右值引用

左值是一个表示数据的表达式，比如：变量名、解引用的指针变量。一般地，我们可以获取它的地址和对它赋值，但被 const 修饰后的左值，不能给它赋值，但是仍然可以取它的地址。
总体而言，可以取地址的对象就是左值。

// 以下的a、p、*p、b都是左值
int a = 3;
int* p = &a;
*p;
const int b = 2;

右值也是一个表示数据的表达式，比如：字面常量、表达式返回值，传值返回函数的返回值（是传值返回，而非传引用返回），右值不能出现在赋值符号的左边且不能取地址。
总体而言，不可以取地址的对象就是右值。

double x = 1.3, y = 3.8;
// 以下几个都是常见的右值
10;                 // 字面常量
x + y;             // 表达式返回值
fmin(x, y);        // 传值返回函数的返回值

左值引用就是对左值的引用，给左值取别名。

// 以下几个是对上面左值的左值引用
int& ra = a;
int*& rp = p;
int& r = *p;
const int& rb = b;

右值引用就是对右值的引用，给右值取别名。
右值引用的表示是在具体的变量类型名称后加两个 &，比如：int&& rr = 4;。

// 以下几个是对上面右值的右值引用
int&& rr1 = 10;
double&& rr2 = x + y;
double&& rr3 = fmin(x, y);

左值引用总结：

1. 左值引用只能引用左值，不能直接引用右值。
2. 但是const左值引用既可以引用左值，也可以引用右值。

// 1.左值引用只能引用左值
int t = 8;
int& rt1 = t;

//int& rt2 = 8;  // 编译报错，因为10是右值，不能直接引用右值

// 2.但是const左值引用既可以引用左值
const int& rt3 = t;

const int& rt4 = 8;  // 也可以引用右值
const double& r1 = x + y;
const double& r2 = fmin(x, y);

问：为什么const左值引用也可以引用右值？
答：在 C++11标准产生之前，是没有右值引用这个概念的，当时如果想要一个类型既能接收左值也能接收右值的话，需要用const左值引用，比如标准容器的 push_back 接口：void push_back (const T& val)。
也就是说，如果const左值引用不能引用右值的话，有些接口就不好支持了。

右值引用总结：

1. 右值引用只能引用右值，不能直接引用左值。
2. 但是右值引用可以引用被move的左值。

move，本文指std::move（C++11），作用是将一个左值强制转化为右值，以实现移动语义。
左值被 move 后变为右值，于是右值引用可以引用。

// 1.右值引用只能引用右值
int&& rr1 = 10;
double&& rr2 = x + y;
const double&& rr3 = x + y;

int t = 10;
//int&& rrt = t;  // 编译报错，不能直接引用左值


// 2.但是右值引用可以引用被move的左值
int&& rrt = std::move(t);
int*&& rr4 = std::move(p);
int&& rr5 = std::move(*p);
const int&& rr6 = std::move(b);

左值引用意义
传值传参和传值返回都会产生拷贝，有的甚至是深拷贝，代价很大。而左值引用的实际意义在于做参数和做返回值都可以减少拷贝，从而提高效率。
左值引用短板
左值引用虽然较完美地解决了大部分问题，但对于有些问题仍然不能很好地解决。
当对象出了函数作用域以后仍然存在时，可以使用左值引用返回，这是没问题的。
但当对象（对象是函数内的局部对象）出了函数作用域以后不存在时，就不可以使用左值引用返回了。
于是，对于第二种情形，左值引用也无能为力，只能传值返回。
右值引用意义
于是，为了解决上述传值返回的拷贝问题，C++11标准就增加了右值引用和移动语义。
移动语义（Move semantics） ：将一个对象中的资源移动到另一个对象（资源控制权的转移）。
移动构造：转移参数右值的资源来构造自己。

总的来说，如果这两个函数都有在类内定义的话，在构造对象时：
若是左值做参数，那么就会调用拷贝构造函数，做一次拷贝（如果是像 string 这样的在堆空间上存在资源的类，那么每调用一次拷贝构造就会做一次深拷贝）。
若是右值做参数，那么就会调用移动构造，而调用移动构造就会减少拷贝（如果是像 string 这样的在堆空间上存在资源的类，那么每调用一次移动构造就会少做一次深拷贝）。

移动赋值：转移参数右值的资源来赋给自己。

总的来说，如果这两个函数都有在类内定义的话，在进行对象的赋值时：
若是左值做参数，那么就会调用拷贝赋值，做一次拷贝（如果是像 string 这样的在堆空间上存在资源的类，那么每调用一次拷贝赋值就会做一次深拷贝）。
若是右值做参数，那么就会调用移动赋值，而调用移动赋值就会减少拷贝（如果是像 string 这样的在堆空间上存在资源的类，那么每调用一次移动赋值就会少做一次深拷贝）。

万能引用：
确定类型的 && 表示右值引用（比如：int&& ，string&&），
但函数模板中的 && 不表示右值引用，而是万能引用，模板类型必须通过推断才能确定，其接收左值后会被推导为左值引用，接收右值后会被推导为右值引用。
但在万能引用中右值引用会失去右值引用的属性
完美转发
是指在函数模板中，完全依照模板的参数类型，将参数传递给当前函数模板中的另外一个函数。
因此，为了实现完美转发，除了使用万能引用之外，我们还要用到std::forward（C++11），它在传参的过程中保留对象的原生类型属性。
这样右值引用在传递过程中就能够保持右值的属性。

void Func(int& x) {
    
     cout << "左值引用" << endl; }

void Func(const int& x) {
    
     cout << "const左值引用" << endl; }

void Func(int&& x) {
    
     cout << "右值引用" << endl; }

void Func(const int&& x) {
    
     cout << "const右值引用" << endl; }


template<typename T>
void PerfectForward(T&& t)  // 万能引用
{
    
    
	Func(std::forward<T>(t));  // 根据参数t的类型去匹配合适的重载函数
}

int main()
{
    
    
	int a = 4;  // 左值
	PerfectForward(a);

	const int b = 8;  // const左值
	PerfectForward(b);

	PerfectForward(10); // 10是右值

	const int c = 13;
	PerfectForward(std::move(c));  // const左值被move后变成const右值

	return 0;
}

除了上面的使用场景之外，C++11标准的 STL 容器的相关接口函数也实现了完美转发，这样就能够真正实现右值引用的价值。
比如 STL 库中的容器 list

总结
右值引用使C++程序运行更高效。

参考博文

C++中引入了引用操作，在对引用的使用加了更多限制条件的情况下，保证了引用使用的安全性和便捷性，还可以保持代码的优雅性。在适合的情况使用适合的操作，引用的使用可以一定程度避免“指针满天飞”的情况，对于提升程序稳定性也有一定的积极意义。最后，指针与引用底层实现都是一样的，不用担心两者的性能差距。