C++进阶

C++进阶

指针与引用

1. 指针是实体类型，编译器为其单独分配内存空间，而引用只是变量的别名，在语言上我们可以把它看做不是实体类型，不单独分配空间，对一个对象的引用，就是直接对这个对象的操作。

2. sizeof的时候，指针得到的是指针本身的大小，引用得到的是变量的大小。

3. 指针可以不初始化，可以为空，可以改变所指的对象，但引用必须初始化，且必须指向所引用的对象，不能更换目标。

4. 函数参数选择引用型参数时，形参和实参是同一个对象，不存在对象复制，避免了开销，还可以在修改形参的同时修改实参。

5. 如果为了避免函数对原来实参的意外修改，我们可以用const对引用加以修饰，传常应用，这样就不存在拷贝构造，可以提高C++程序的执行效率。还可以避免对象切割问题。

   对象分割分体讲的是，假设有两个类存在继承关系。
   class windowWithScrollBars ：public Window {}；
void printNameAndDisplay(Window w)
   那么如果传参类型是window的传值的话，就会将子类的特性丢失。

6. 应用，例如在重载++操作符的时候

   day &operator++(day &d)
   {
   	d = (day)(d +1);
   	return d;
   }
   

内存分配

malloc, free, new, delete的区别

1. malloc是c++/c语言的标准库函数，而new和delete是C++的运算符。

   extern void* malloc(unsigned int num_bytes);
   void free(void *FirstByte);
   

2. malloc函数返回的是void*指针，必须检查指针是否为空，然后再强制转换成其他任何类型的指针。释放后要将指针转换成null，避免成为野指针。而new返回指定类型的指针，并且可以自动计算所需要的大小。

3. malloc只分配内存，new不仅分配内存，还对内存中的对象进行初始化。free只释放内存，delete不仅释放内存，还会调用对象的析构函数，销毁对象。

4. 对于非内部数据构造的对象时，只用malloc/free不能满足动态对象的要求，malloc是库函数而不是运算符，不在编译器权限之内，不能够把执行构造函数和析构函数的任务强加于malloc/free，因此C++语言需要一个能动态内存分配和初始化的运算符new，以及一个能够完成清理和释放内存工作，包含析构函数调用的操作符delete。由于内部数据类型没有构造和析构过程，对他们而言malloc/free和new/delete是没有什么差别的。

5. malloc从堆里面获得内存，函数返回的指针指向堆里面的一块内存。操作系统中有一个记录空闲内存地址的链表，当操作系统收到程序的申请时，就会遍历链表，然后寻找第一个空间大于所申请空间的堆节点，然后该节点从空闲节点链表中删除，并将该节点分配给程序。而new从自由存储区中获取内存，自有存储区是C++上的抽象概念，可以借助堆来实现。

6. 释放new申请的数组必须加"[]"

   delete [] ptr;
   

C++内存布局

C++分为堆，栈，全局/静态存储区。字符串常量区和常变量区，和代码区。

sizeof与内存对齐

1. 大端，小端与内存增长方式
   小端模式：低地址存低位，高地址存高位。
   大端模式：低地址存高位，高地址存低位。
   例如char temp[4] = {0, 1, 0, 0}中，如果int* ptr = (int*) temp；
   那么在小端系统中它代表的整数应当是256。
   一般在windows, linux等中都是采用小端模式，而Mac OS采用的是大端模式。

2. sizeof
   sizeof是C/C++中提供的一个操作符，在跨平台中可以获得一些便利。比如在32位系统中的指针变量是4个字节的，在64位系统中的指针变量就是8个字节的。
   对在栈中或者静态分配的数组名使用sizeof操作符获取的是整个数组占用的字节数，对于数组指针或者动态分配的数组使用sizeof操作符都是得到指针所占用的字节数。

3. 内存对齐
   字节对齐一般与编译器有关，但一般按照以下原则进行。

   1. 结构体每个成员相对首地址的偏移量都是成员大小的整数倍，必要的话会进行填充字节；
   2. 结构体的总大小为结构体最大成员大小的整数倍，不够的会进行填充字节。

   第一条原则呢是因为CPU处理器在提取内存的时候有一定的粒度，一般为4个字节，可以用预指令设置，如果它的首地址不是该成员大小的整数倍的话，就可能要多取一次，再进行裁剪工作，这样CPU多了很多处理工作。
   第二条原则主要是给第一条原则善后处理，因为如果没有第二条原则，只有第一条原则的话，后面再开个结构体数组，就很有可能那个结构体数组的起始位置受到影响。
   因为基础类型的数据大小无非就是1,2,4,6,16字节，若结构体的总大小是最大基础成员大小的整数倍，那么也就一定是其他任一基础成员大小的整数倍，那么每个结构体的startpos就一定是任一基础变量大小的整数倍，（其实这也是一条原则，由(1）(2)保证而来的）,这样的话，两条规则结合在一起就保证了所有基础类型数据，非基础类型数据全部对齐。

   与结构体不同，对于栈的内存对齐不受结构体的限制，总是以4字节对齐为原则进行对齐。

C++初始化顺序

1. 成员变量在使用初始化列表初始化时，与构造函数中初始化成员列表的顺序无关，只与定义成员变量的顺序有关。因为成员变量的初始化次序是根据变量在内存中次序有关，而内存中的排列顺序早在编译期就根据变量的定义次序决定了。这点在EffectiveC++中有详细介绍。
2. 如果不使用初始化列表初始化，在构造函数内初始化时，此时与成员变量在构造函数中的位置有关。
3. 注意：类成员在定义时，是不能初始化的
4. 注意：类中const成员常量必须在构造函数初始化列表中初始化。
5. 注意：类中static成员变量，必须在类外初始化。

变量初始化顺序应该是：

1. 基类的静态变量或全局变量
2. 派生类的静态变量或全局变量
3. 基类的成员变量
4. 派生类的成员变量

C++关键字

static

1. 隐藏
   所有未加static前缀的全局变量和函数都具有全局可见性，其他的源文件也能访问。如果加了static，就会对其他源文件隐藏。利用这一特性可以在不同的文件中定义同名函数和同名变量，而不必担心命名冲突。对于函数来讲，static的作用仅限于隐藏。
2. 保持变量内容的持久，只能初始化一次
   存储在静态数据区的变量会在程序刚开始云心的时候就完成初始化，也是唯一的一次初始化。共有两种变量存储在静态存储区：全局变量和static变量，只不过和全局变量比起来，static可以控制变量的可见范围，说到底static还是用来隐藏的，虽然这种用法不常见。
   如果作为static局部变量在函数定义，它的生存期为整个源程序，但是其作用于仍然与自动变量相同，只能在定义该变量的函数内使用该变量。退出该函数后，尽管该变量还继续存在，但不能使用它。

int fun(){
    static int count = 10;       //在第一次进入这个函数的时候，变量a被初始化为10！并接着自减1，以后每次进入该函数，a
    return count--;              //就不会被再次初始化了，仅进行自减1的操作；在static发明前，要达到同样的功能，则只能使用全局变量：    
    
}

3. static变量的第三个作用是默认初始化为0，和全局变量一样。
4. 在C++中的类成员声明static
   在类中声明static变量或者函数时，初始化时用作用域运算符来标明它所属的类。
   类的静态成员函数是属于整个类而非类的对象，所以它没有this指针，这就导致了它仅能访问类的静态数据和静态成员函数。
   不能将静态成员函数定义为虚函数。
   static并没有增加程序的时空开销，还节省了子类的内存空间。
   初始化在类体外进行，而前面不加static，初始化时使用作用域运算符来标明它所属的类。
   <数据类型><类名>::<静态数据成员名>=<值>
   为了防止父类的影响，可以在子类定义一个与父类相同的静态变量，以屏蔽父类的影响。

extern关键字

1. 在C语言中，修饰符extern用在变量或者函数的声明前，用来说明“此变量/函数”是在别处定义的，要在此处引用。这样可以加快编译速度。
2. extern “C”表明是C语言的接口函数，由于C和C++对函数命名的不一致，C++支持函数重载（会把参数放在函数名的后面），而C语言不支持，需要C++编译器编译的时候告知它，此处调用的是C中函数，需要编译器选用C语言的编译规则来编译和链接此处的函数。

const关键字

1. 修饰变量，与define的区别
   可以定义为const常量
   便于进行类型检查， const常量有数据类型，而宏常量没有数据类型。编译器可以对前者进行类型安全检查，而对后者只进行字符替换，没有类型安全检查，并且在字符替换时可能会产生意料不到的错误。
   可以保护被修饰的东西，防止被意外修改。
   const定义的常规量在程序运行过程中只有一个拷贝，而#define定义的常量在内存中有多个拷贝
2. 常量指针
   是指指针指向的内容是常量，可以有两种定义方式，一般写第一种。

const int * n;
int const * n;

3. 指针常量

int *const n;

指针本身不能改变，但是地址中保存的数值是可以改变的。
指向常量的常指针

const int* const p;

在C++中，const内存效率更高，编译器通常将const变量保存在符号表中，而不会分配存储空间，这使得它成为一个编译期间的常量，没有存储和读取的操作。

inline

1. define只是字符串替换，inline由编译器控制
2. 内联函数在编译时展开，而宏是由预处理器对宏进行展开
3. 内联函数会检查参数类型，而宏定义不检查参数，所以内联函数更安全。
4. 宏不是函数，而inline函数是函数
5. 宏定义的时候要小心处理宏参数

explicit

explicit修饰构造函数的时候，它不能用于隐式转换和复制初始化。