C/C++ 语法问题

关键字

const

• 声明常量。
• 修饰指针，分为指向常量的指针（pointer to const）和自身是常量的指针（常量指针，const pointer）；
• 修饰引用，指向常量的引用（reference to const），用于形参类型，即避免了拷贝，又避免了函数对值的修改；
• 修饰成员函数，说明该成员函数内不能修改成员变量。
• 修饰成员变量，说明不可被修改。被const修饰的成员变量只能在构造函数的初始化列表中进行初始化。
• const 修饰成员函数，函数只能被 const this 调用。不能修改成员变量。除非成员变量被 mutable 修饰过。

const 的指针与引用

• 指针
  • 指向常量的指针（pointer to const）
  • 自身是常量的指针（常量指针，const pointer）
• 引用
  • 指向常量的引用（reference to const）
  • 没有 const reference，因为引用本身就是 const pointer

this 指针

• 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。
• 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。
• 当一个成员函数被调用时，自动向它传递一个隐含的参数，该参数是一个指向这个成员函数所在的对象的指针。
• this 指针被隐含地声明为一个常量，即 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，即不能修改 this 指针指向的数据；
• 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）。

inline 内联函数

• 相当于把内联函数里面的代码写在调用内联函数处；
• 相当于不用执行进入函数的步骤，直接执行函数体；
• 相当于宏，但是又具有函数的特性；
• 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；
• 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。

编译器处理 inline 函数的步骤

• 将 inline 函数体复制到 inline 函数调用点处；
• 为所用 inline 函数中的局部变量分配内存空间；
• 将 inline 函数的的输入参数和返回值映射到调用方法的局部变量空间中；
• 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）。

inline 函数优缺点

• 优点

  • 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。
  • 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。
  • 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。
  • 内联函数方便调试，而宏定义比较麻烦。

• 缺点

  • 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。
  • 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。
  • 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。

virtual 与 inline

• 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。
• 内联是在编译器建议编译器内联，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。

sizeof()

• sizeof 对数组，得到整个数组所占空间大小。
• sizeof 对指针，得到指针本身所占空间大小。

总结一下，sizeof(A) 返回的是变量 A 本身的大小。
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
• explicit 修饰转换函数时，可以防止隐式转换，但按语境转换除外

friend 友元类和友元函数

• 能访问私有成员
• 破坏封装性
• 友元关系不可传递
• 友元关系的单向性
• 友元声明的形式及数量不受限制

引用

• 左值引用：常规引用，一般表示对象的身份。
• 右值引用：必须绑定到右值（一个临时对象、将要销毁的对象）的引用，一般表示对象的值。

右值引用可实现转移语义（Move Sementics）和精确传递（Perfect Forwarding），它的主要目的有两个方面：

• 消除两个对象交互时不必要的对象拷贝，节省运算存储资源，提高效率。
• 能够更简洁明确地定义泛型函数。

引用折叠

• 为便于阅读，例子中用下划线代替空格。
• 所有右值引用折叠到右值引用上仍然是一个右值引用。(X&&_&& 可折叠成 X&&)
• 所有的其他引用类型之间的折叠都将变成左值引用。(X&_&、X&_&&、X&&_& 可折叠成 X&)

成员初始化列表
有些场合必须要用初始化列表：

• 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
• 引用类型的成员变量。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
• 没有默认构造函数的类类型成员变量。

面向对象

封装
把客观事物封装成抽象的类，并且类可以把自己的数据和方法只让可信的类或者对象操作，对不可信的进行信息隐藏。关键字：public, protected, private。

• public：类外函数，友元，派生类均可访问。
• private: 友元可访问。
• protected：派生类的成员函数或友元可以通过派生类对象访问基类的 protected 成员。

访问控制与继承
某个类对其继承而来的成员的访问权限受到两个因素影响：一是在基类中该成员的访问说明符，二是在派生类的派生列表中的访问说明符。
派生访问说明符对于派生类的成员(及友元)能否访问其直接基类的成员没有影响。派生访问说明符的目的是控制派生类用户(包括派生类的派生类在内)对于基类成员的访问权限。

• 如果继承是 public 的，则继承自基类的成员在派生类内仍遵循其原有的访问说明符。
• 如果继承是 private 的，则继承自基类的成员在派生类内都是private的。
• 如果继承是 protected 的，则继承自基类的public成员在派生类中是 protected 的，其他成员不变。

多态
C++ 多态分类及实现：

• 编译期多态：函数重载
• 运行期多态：虚函数

关于虚函数

• 普通函数（非类成员函数）不能是虚函数
• 静态函数（static）不能是虚函数
• 构造函数不能是虚函数（因为在调用构造函数时，虚表指针并没有在对象的内存空间中，必须要构造函数调用完成后才会形成虚表指针）

虚析构函数
虚析构函数是为了解决基类的指针指向派生类对象，并用基类的指针删除派生类对象的问题。上述情况中，如果析构函数不是虚函数，则派生类的析构函数逻辑不会被执行。

虚函数、纯虚函数

• 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。
• 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。声明虚函数的目的在于，使派生类继承函数的接口和缺省实现。纯虚函数关注的是接口的统一性，实现由子类完成。
• 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。

智能指针

• shared_ptr：多个智能指针可以共享同一个对象，对象的最后一个拥有者有责任销毁对象，并清理与该对象相关的所有资源。
  • 支持定制型删除器（custom deleter）
  • 可防范 Cross-DLL 问题（对象在动态链接库（DLL）中被 new 创建，却在另一个 DLL 内被 delete 销毁）
  • shared_ptr 本身是线程安全的。
• unique_ptr：采用独占式拥有，意味着可以确保一个对象和其相应的资源同一时间只被一个 pointer 拥有。一旦拥有者被销毁或指向 nullptr，或开始拥有另一个对象，先前拥有的那个对象就会被销毁，其任何相应资源亦会被释放。
• weak_ptr 允许你共享但不拥有某对象，一旦最末一个拥有该对象的shared_ptr失去了所有权，所有关联的 weak_ptr 都会自动成空。
  • 可打破环状引用（cycles of references，两个其实已经没有被使用的对象彼此互指，使之看似还在 “被使用” 的状态）的问题。

强制转换

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），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）

dynamic_cast

• 用于多态类型的转换
• 执行运行时类型检查
• 只适用于指针或引用
• 对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

const_cast

• 用于删除 const 特性，如将 const int 转化为 int。

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）
• reinterpret_cast 运算符不能丢掉 const 特性。

如果感觉有点意思，可以关注 HelloNebula