🎇C++学习历程：入门
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博主的能力有限，出现错误希望大家不吝赐教- 分享给大家一句我很喜欢的话： 也许你现在做的事情，暂时看不到成果，但不要忘记，树🌿成长之前也要扎根，也要在漫长的时光🌞中沉淀养分。静下来想一想，哪有这么多的天赋异禀，那些让你羡慕的优秀的人也都曾默默地翻山越岭🐾。
♠️ ♥️ ♣️ ♦️
目录
- ♠️ 1. 完美转发
- ♥️ 1.1 模版中&&万能引用
- ♥️ 1.2 std::forward 完美转发在传参的过程中保留对象原生类型属性
- ♥️ 1.3 完美转发实际中的使用场景
- ♠️ 2. 新的类功能
- ♥️ 2.1 类成员变量初始化
- ♥️ 2.2 强制生成默认函数的关键字default:
- ♥️ 2.3 禁止生成默认函数的关键字delete:
- ♥️ 2.4 可变参数模版
- ♥️ 2.5 STL容器中的empalce相关接口函数
- ♠️ 3. lambda表达式
- ♥️ 3.1 C++98中的一个例子
- ♥️ 3.2 lambda表达式（可调用类型对象）
- ♥️ 3.3 lambda表达式语法
- ♥️ 3.4 函数对象与lambda表达式
- ♠️ 4. 包装器
- ♥️ 4.1 function包装器
- ♥️ 4.2 bind
♠️ 1. 完美转发
♥️ 1.1 模版中&&万能引用
void Fun(int& x) { cout << "左值引用" << endl; }
void Fun(const int& x) { cout << "const 左值引用" << endl; }
void Fun(int&& x) { cout << "右值引用" << endl; }
void Fun(const int&& x) { cout << "const 右值引用" << endl; }
template<typename T>
void PerfectForward(T&& t) {
Fun(t);
}
int main()
{
PerfectForward(10);// 右值
int a;
PerfectForward(a); // 左值
PerfectForward(std::move(a)); // 右值
const int b = 8;
PerfectForward(b);// const 左值
PerfectForward(std::move(b)); // const 右值
return 0;
}
- 模板中的&&不代表右值引用，而是万能引用，其既能接收左值又能接收右值
- 模板的万能引用只是提供了能够接收同时接收左值引用和右值引用的能力
- 但是引用类型的唯一作用就是限制了接收的类型，后续使用中都退化成了左值
♥️ 1.2 std::forward 完美转发在传参的过程中保留对象原生类型属性
void Fun(int& x) { cout << "左值引用" << endl; }
void Fun(const int& x) { cout << "const 左值引用" << endl; }
void Fun(int&& x) { cout << "右值引用" << endl; }
void Fun(const int&& x) { cout << "const 右值引用" << endl; }
template<typename T>
void PerfectForward(T&& t) {
Fun(std::forward<T>(t));
}
int main()
{
PerfectForward(10);// 右值
int a;
PerfectForward(a);// 左值
PerfectForward(std::move(a)); // 右值
const int b = 8;
PerfectForward(b);// const 左值
PerfectForward(std::move(b)); // const 右值
return 0;
}
- std::forward(t)在传参的过程中保持了t的原生类型属性。
♥️ 1.3 完美转发实际中的使用场景
template<class T>
struct ListNode
{
ListNode* _next = nullptr;
ListNode* _prev = nullptr;
T _data;
};
template<class T>
class List
{
typedef ListNode<T> Node;
public:
List()
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
void PushBack(T&& x)
{
//Insert(_head, x);
Insert(_head, std::forward<T>(x));
}
void PushFront(T&& x)
{
//Insert(_head->_next, x);
Insert(_head->_next, std::forward<T>(x));
}
void Insert(Node* pos, T&& x)
{
Node* prev = pos->_prev;
Node* newnode = new Node;
newnode->_data = std::forward<T>(x); // 关键位置
// prev newnode pos
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = pos;
pos->_prev = newnode;
}
void Insert(Node* pos, const T& x)
{
Node* prev = pos->_prev;
Node* newnode = new Node;
newnode->_data = x; // 关键位置
// prev newnode pos
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = pos;
pos->_prev = newnode;
}
private:
Node* _head;
};
int main()
{
List<lc::string> lt;
lt.PushBack("1111");
lt.PushFront("2222");
return 0;
}
♠️ 2. 新的类功能
默认成员函数
原来C++类中，有6个默认成员函数：
- 构造函数
- 析构函数
- 拷贝构造函数
- 拷贝赋值重载
- 取地址重载
- const 取地址重载
最后重要的是前4个，后两个用处不大。默认成员函数就是我们不写编译器会生成一个默认的。
C++11 新增了两个：移动构造函数和移动赋值运算符重载。
针对移动构造函数和移动赋值运算符重载有一些需要注意的点如下：
- 如果你没有自己实现移动构造函数，且没有实现析构函数 、拷贝构造、拷贝赋值重载中的任意一个。那么编译器会自动生成一个默认移动构造。默认生成的移动构造函数，对于内置类
型成员会执行逐成员按字节拷贝，自定义类型成员，则需要看这个成员是否实现移动构造，如果实现了就调用移动构造，没有实现就调用拷贝构造。 - 如果你没有自己实现移动赋值重载函数，且没有实现析构函数 、拷贝构造、拷贝赋值重载中的任意一个，那么编译器会自动生成一个默认移动赋值。默认生成的移动构造函数，对于内
置类型成员会执行逐成员按字节拷贝，自定义类型成员，则需要看这个成员是否实现移动赋值，如果实现了就调用移动赋值，没有实现就调用拷贝赋值。(默认移动赋值跟上面移动构造
完全类似) - 如果你提供了移动构造或者移动赋值，编译器不会自动提供拷贝构造和拷贝赋值。
♥️ 2.1 类成员变量初始化
C++11允许在类定义时给成员变量初始缺省值，默认生成构造函数会使用这些缺省值初始化.
- static 不能给缺省值，必须去类外面定义初始化
- const static 可以给值初始化(在类内)。并且不是缺省值。
♥️ 2.2 强制生成默认函数的关键字default:
C++11可以让你更好的控制要使用的默认函数。假设你要使用某个默认的函数，但是因为一些原因这个函数没有默认生成。比如：我们提供了拷贝构造，就不会生成移动构造了，那么我们可以使用default关键字显示指定移动构造生成。
class Person
{
public:
Person(const char* name = "", int age = 0)
:_name(name)
, _age(age)
{}
Person(const Person& p)
:_name(p._name)
, _age(p._age)
{}
Person(Person&& p) = default;
private:
lc::string _name;
int _age;
};
int main()
{
Person s1;
Person s2 = s1;
Person s3 = std::move(s1);
return 0;
}
♥️ 2.3 禁止生成默认函数的关键字delete:
如果能想要限制某些默认函数的生成，在C++98中，是该函数设置成private，并且只声明补丁已，这样只要其他人想要调用就会报错。在C++11中更简单，只需在该函数声明加上=delete即可，该语法指示编译器不生成对应函数的默认版本，称=delete修饰的函数为删除函数
class Person
{
public:
Person(const char* name = "", int age = 0)
:_name(name)
, _age(age)
{}
Person(const Person& p) = delete;
private:
lc::string _name;
int _age;
};
int main()
{
Person s1;
//C2280 “Person::Person(const Person&)”:
//Person s2 = s1;
//Person s3 = std::move(s1);
return 0;
}
♥️ 2.4 可变参数模版
C++11的新特性可变参数模板能够创建可以接受可变参数的函数模板和类模板，相比C++98/03，类模版和函数模版中只能含固定数量的模版参数，可变模版参数无疑是一个巨大的改进。
template <class ...Args>
void ShowList(Args... args)
{}
// Args是一个模板参数包，args是一个函数形参参数包；
//声明一个参数包Args...args，这个参数包中可以包含0到任意个模板参数。
上面的参数args前面有省略号，所以它就是一个可变模版参数，我们把带省略号的参数称为“参数包”，它里面包含了0到N（N>=0）个模版参数。我们无法直接获取参数包 args中的每个参数的，只能通过展开参数包的方式来获取参数包中的每个参数 这是使用可变模版参数的一个主要特点。由于语法不支持使用args[i]这样方式获取可变参数
- 方法一：递归函数展开参数包
// 递归终止函数
template <class T>
void ShowList(const T& t) {
cout << t << endl;
}
// 展开函数
template <class T, class ...Args>
void ShowList(T value, Args... args) {
cout << value << " ";
ShowList(args...);
}
int main()
{
ShowList(1);
ShowList(1, 'A');
ShowList(1, 'A', std::string("sort"));
return 0;
}
- 方式二：逗号表达式展开参数包
这种展开参数包的方式，不需要通过递归终止函数，是直接在expand函数体中展开的, printarg不是一个递归终止函数，只是一个处理参数包中每一个参数的函数。这种就地展开参数包的方式实现的关键是逗号表达式。逗号表达式会按顺序执行逗号前面的表达式
template <class T>
void PrintArg(T t) {
cout << t << " ";
}
//展开函数
template <class ...Args>
void ShowList(Args... args) {
int arr[] = { (PrintArg(args), 0)... };
cout << endl;
}
int main()
{
ShowList(1);
ShowList(1, 'A');
ShowList(1, 'A', std::string("sort"));
return 0;
}
- expand函数中的逗号表达式：(printarg(args), 0)，也是按照这个执行顺序，先执行printarg(args)，再得到逗号表达式的结果0。同时还用到了C++11的另外一个特性——初始化列表， 通过初始化列表来初始化一个变长数组, {(printarg(args), 0)…} 将会展开成 ((printarg(arg1),0),(printarg(arg2),0),(printarg(arg3),0), etc… ) ，最终会创建一个元素值都为0的数组int arr[sizeof…(Args)] 。
- 由于是逗号表达式，在创建数组的过程中会先执行逗号表达式前面的部分printarg(args)打印出参数，也就是说在构造int数组的过程中就将参数包展开了，这个数组的目的纯粹是为了在数组构造的过程展开参数包。
♥️ 2.5 STL容器中的empalce相关接口函数
template <class... Args>
void emplace_back (Args&&... args);
- emplace_back与push_back用法：
int main()
{
std::list< std::pair<int, char> > mylist;
mylist.emplace_back(10, 'a');
mylist.emplace_back(20, 'b');
//mylist.emplace_back({ 2, 'v' }); emplace_back不支持这种写法（模板参数，而push_back的参数是固定的可以推导）
std::pair<int, char> kv(100, 'x');
mylist.emplace_back(kv); // pair 左值
mylist.emplace_back(make_pair(30, 'c')); // pair 右值
mylist.push_back(kv);
mylist.push_back(make_pair(30, 'c'));
mylist.push_back({ 50, 'e' });
mylist.emplace_back(10, 'a');
/*std::pair<int, char> kv1(100, 'x');构造
std::pair<int, char> kv2 = { 100, 'x' }; 构造+拷贝
std::pair<int, char> kv3{ 100, 'x' };构造+拷贝
std::pair<int, char> { 100, 'x' };匿名对象 */
for (auto e : mylist)
cout << e.first << ":" << e.second << endl;
return 0;
}
- emplace_back与push_back的区别
int main()
{
std::list< std::pair<int, lc::string> > mylist;
std::pair<int, lc::string> kv(1, "11111");
mylist.push_back(kv);
mylist.emplace_back(kv);
cout << endl;
mylist.push_back(make_pair(2, "sort"));
mylist.push_back({ 40, "sort" });
cout << endl;
mylist.emplace_back(make_pair(2, "sort"));
mylist.emplace_back(10, "sort");
return 0;
}
注意：emplace_back在底层是实现是先构造（new）再调用定位new；push_back先构造（new）再拷贝构造（或者移动拷贝）
♠️ 3. lambda表达式
♥️ 3.1 C++98中的一个例子
可调用类型-类型定义的对象可以像函数一样去调用
- 函数指针bool (*pf)(int, int); --晦涩难懂，不好用
- 仿函数―类+重载了operator()–相比函数指针好用多了
- lambda表达式
- 包装器
在C++98中，如果想要对一个数据集合中的元素进行排序，可以使用std::sort方法
#include <algorithm>
#include <functional>
int main()
{
int array[] = { 4,1,8,5,3,7,0,9,2,6 };
// 默认按照小于比较，排出来结果是升序
std::sort(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
// 如果需要降序，需要改变元素的比较规则
std::sort(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]), greater<int>
());
return 0;
}
如果待排序元素为自定义类型，需要用户定义排序时的比较规则
#include <algorithm>
#include <functional>
struct Goods
{
string _name;
double _price;
};
struct Compare
{
bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
{
return gl._price <= gr._price;
}
};
int main()
{
Goods gds[] = { { "苹果", 2.1 }, { "香蕉", 3 }, { "橙子", 2.2 }, {"菠萝",
1.5} };
sort(gds, gds + sizeof(gds) / sizeof(gds[0]), Compare());
return 0;
}
♥️ 3.2 lambda表达式（可调用类型对象）
struct Goods
{
string _name;
double _price;
};
int main()
{
Goods gds[] = { { "苹果", 2.1 }, { "相交", 3 }, { "橙子", 2.2 }, {"菠萝",
1.5} };
sort(gds, gds + sizeof(gds) / sizeof(gds[0]), [](const Goods& l, const
Goods& r)->bool
{
return l._price < r._price;
});
return 0;
}
上述代码就是使用C++11中的lambda表达式来解决，可以看出lamb表达式实际是一个匿名函数。
♥️ 3.3 lambda表达式语法
lambda表达式书写格式：[capture-list] (parameters) mutable -> return-type { statement}
lambda表达式各部分说明:
- [capture-list] : 捕捉列表，该列表总是出现在lambda函数的开始位置，编译器根据[]来判断接下来的代码是否为lambda函数，捕捉列表能够捕捉上下文中的变量供lambda函数使用。（不能省略）
- (parameters)：参数列表。与普通函数的参数列表一致，如果不需要参数传递，则可以连同()一起省略（没有参数可以省略）
- mutable：默认情况下，lambda函数总是一个const函数，mutable可以取消其常量性。使用该修饰符时，参数列表不可省略(即使参数为空)。mutable放在参数列表和返回值之间
- ->returntype：返回值类型。用追踪返回类型形式声明函数的返回值类型，没有返回值时此部分可省略。返回值类型明确情况下，也可省略，由编译器对返回类型进行推导。（又没有返回值都可以省略）
- {statement}：函数体。在该函数体内，除了可以使用其参数外，还可以使用所有捕获到的变量。（不能省略）
注意： 在lambda函数定义中，参数列表和返回值类型都是可选部分，而捕捉列表和函数体可以为空。因此C++11中最简单的lambda函数为：[]{}; 该lambda函数不能做任何事情。
void(*PF)();
int main()
{
// 最简单的lambda表达式, 该lambda表达式没有任何意义
[] {};
// 省略参数列表和返回值类型，返回值类型由编译器推导为int
int a = 3, b = 4;
// 省略了返回值类型，无返回值类型
auto fun1 = [&a,&b](int c) {b = a + c; };
fun1(10);
cout << a << " " << b << endl;
//捕捉列表可以是lambda表达式
auto fun = [fun1] {cout << "hello" << endl;};
fun();
// 各部分都很完善的lambda函数
auto fun2 = [=, &b](int c)->int {return b += a + c; };
cout << fun2(10) << endl;
// 复制捕捉x
int x = 10;
auto add_x = [x](int a) mutable { x *= 2; return a + x; };
cout << add_x(10) << endl;
// 编译失败--->提示找不到operator=()
//auto fun3 = [&a,&b](int c) {b = a + c;};
//fun1 = fun3;
//允许使用一个lambda表达式拷贝构造一个新的副本
auto fun3(fun);
fun();
//可以将lambda表达式赋值给相同类型的函数指针
auto f2 = [] {};
PF = f2;
PF();
return 0;
}
lambda表达式实际上可以理解为无名函数，该函数无法直接调用，如果想要直接调用，可借助auto将其赋值给一个变量
捕获列表说明
捕捉列表描述了上下文中那些数据可以被lambda使用，以及使用的方式传值还是传引用。
- [var]：表示值传递方式捕捉变量var
- [=]：表示值传递方式捕获所有父作用域中的变量(包括this)
- [&var]：表示引用传递捕捉变量var
- [&]：表示引用传递捕捉所有父作用域中的变量(包括this)
- [this]：表示值传递方式捕捉当前的this指针
注意：
- 父作用域指包含lambda函数的语句块
- 语法上捕捉列表可由多个捕捉项组成，并以逗号分割。
比如：[=, &a, &b]：以引用传递的方式捕捉变量a和b，值传递方式捕捉其他所有变量[&，a, this]：值传递方式捕捉变量a和this，引用方式捕捉其他变量 - 捕捉列表不允许变量重复传递，否则就会导致编译错误。
比如：[=, a]：=已经以值传递方式捕捉了所有变量，捕捉a重复 - 在块作用域以外的lambda函数捕捉列表必须为空。
- 在块作用域中的lambda函数仅能捕捉父作用域中局部变量，捕捉任何非此作用域或者非局部变量都会导致编译报错。
- lambda表达式之间不能相互赋值，即使看起来类型相同
♥️ 3.4 函数对象与lambda表达式
函数对象，又称为仿函数，即可以想函数一样使用的对象，就是在类中重载了operator()运算符的类对象
class Rate
{
public:
Rate(double rate) : _rate(rate)
{}
double operator()(double money, int year)
{
return money * _rate * year;
}
private:
double _rate;
};
int main()
{
// 函数对象
double rate = 0.49;
Rate r1(rate);
r1(10000, 2);
// lamber
auto r2 = [=](double monty, int year)->double {return monty * rate * year;
};
r2(10000, 2);
return 0;
}
从使用方式上来看，函数对象与lambda表达式完全一样。
函数对象将rate作为其成员变量，在定义对象时给出初始值即可，lambda表达式通过捕获列表可以直接将该变量捕获到。
实际在底层编译器对于lambda表达式的处理方式，完全就是按照函数对象的方式处理的，即：如果定义了一个lambda表达式，编译器会自动生成一个类，在该类中重载了operator()。
♠️ 4. 包装器
♥️ 4.1 function包装器
function包装器 也叫作适配器。C++中的function本质是一个类模板，也是一个包装器。
之前学过的函数指针、仿函数、lamber表达式这些都是可调用的类型！但是类型丰富，无法做到类型统一，可能会导致模板的效率低下！这是就需要包装器了
template<class F, class T> T useF(F f, T x) {
static int count = 0;
cout << "count:" << ++count << endl;
cout << "count:" << &count << endl;
return f(x);
}
double f(double i) {
return i / 2;
}
struct Functor
{
double operator()(double d)
{
return d / 3;
}
};
int main()
{
// 函数名
cout << useF(f, 11.11) << endl; //count:1 count:0025C140 5.555
// 函数对象
cout << useF(Functor(), 11.11) << endl; //count:1 count: 0025C144 3.70333
// lamber表达式
cout << useF([](double d)->double { return d / 4; }, 11.11) << endl; //count : 1 count: 0025C148 2.7775
return 0;
}
通过上面的程序验证，会发现useF函数模板实例化了三份。
- 包装器用法
std::function在头文件<functional>
// 类模板原型如下
template <class T> function; // undefined
template <class Ret, class... Args>
class function<Ret(Args...)>;
//模板参数说明：
//Ret: 被调用函数的返回类型
//Args…：被调用函数的形参
- 解决方法
template<class F, class T> T useF(F f, T x) {
static int count = 0;
cout << "count:" << ++count << endl;
cout << "count:" << &count << endl;
return (f(x));
}
double f(double i) {
return i / 2;
}
struct Functor
{
double operator()(double d)
{
return d / 3;
}
};
int main()
{
// 函数名
function<double(double)> fn1 = f;
//function<double(double)> fn1 ( f); 支持
cout << useF(fn1, 11.11) << endl;
// 函数对象
function<double(double)> fn2=Functor();
//function<double(double)> fn2(Functor()); //不支持，因为function<double(double)>、Functor()不是同一个类型（类型匹配匹配不上）
//function<double(Functor,double)> fn2=&Functor::operator(); //支持
//function<double(double)> fn2 = bind(&Functor::operator(), Functor(), placeholders::_1); //支持
cout << useF(fn2, 11.11) << endl;
// lamber表达式
function<double(double)> fn3([](double d)->double { return d / 4; });
cout << useF(fn3, 11.11) << endl;
return 0;
}
- function包装器的使用
#include <functional>
int f(int a, int b) {
return a + b;
}
struct Functor
{
public:
int operator() (int a, int b)
{
return a + b;
}
};
class Plus
{
public:
static int plusi(int a, int b)
{
return a + b;
}
double plusd(double a, double b)
{
return a + b;
}
};
int main()
{
// 函数名(函数指针)
std::function<int(int, int)> func1 = f;
cout << func1(1, 2) << endl;
// 函数对象
std::function<int(int, int)> func2 = Functor();
cout << func2(1, 2) << endl;
// lamber表达式
std::function<int(int, int)> func3 = [](const int a, const int b)
{return a + b; };
cout << func3(1, 2) << endl;
// 类的成员函数
// 包装类的静态成员函数
std::function<int(int, int)> func4 = Plus::plusi;
//std::function<int(int, int)> func4 = &Plus::plusi; 都可以
cout << func4(1, 2) << endl;
// 包装类的非静态成员函数
std::function<double(Plus, double, double)> func5 = &Plus::plusd;
cout << func5(Plus(), 1.1, 2.2) << endl;
return 0;
}
包装器可以是使用在map、unordered_map……这类容器中便于调用函数（eg：map<string,function<int(int,int)>> m）
♥️ 4.2 bind
std::bind函数定义在头文件中，是一个函数模板，它就像一个函数包装器(适配器)，接受一个可调用对象（callable object），生成一个新的可调用对象来“适应”原对象的参数列表。一般而言，我们用它可以把一个原本接收N个参数的函数fn，通过绑定一些参数，返回一个接收M个（M可以大于N，但这么做没什么意义）参数的新函数。同时，使用std::bind函数还可以实现参数顺序调整等操作。
//头文件<functional>
// 原型如下：
template <class Fn, class... Args>
/* unspecified */ bind (Fn&& fn, Args&&... args);
// with return type (2)
template <class Ret, class Fn, class... Args>
/* unspecified */ bind (Fn&& fn, Args&&... args);
可以将bind函数看作是一个通用的函数适配器，它接受一个可调用对象，生成一个新的可调用对象来“适应”原对象的参数列表。 调用bind的一般形式：auto newCallable =bind(callable,arg_list);`
其中，newCallable本身是一个可调用对象，arg_list是一个逗号分隔的参数列表，对应给定的callable的参数。当我们调用newCallable时，newCallable会调用callable,并传给它arg_list中的参数。
arg_list中的参数可能包含形如_n的名字，其中n是一个整数，这些参数是“占位符”，表示newCallable的参数，它们占据了传递给newCallable的参数的“位置”。数值n表示生成的可调用对象中参数的位置：_1为newCallable的第一个参数，_2为第二个参数，以此类推。
- bind 的使用
int Plus(int a, int b) {
return a + b;
}
class Sub
{
public:
int sub(int a, int b)
{
return a - b;
}
};
int main()
{
//表示绑定函数plus 参数分别由调用 func1 的第一，二个参数指定
// 使用bind进行优化
std::function<int(int, int)> func1 = std::bind(Plus, placeholders::_1,placeholders::_2);
//auto func1 = std::bind(Plus, placeholders::_1, placeholders::_2);
//func2的类型为 function<void(int, int, int)> 与func1类型一样
//表示绑定函数 plus 的第一，二为： 1， 2
// 需要绑定的参数，直接绑定值，不需要绑定的参数给 placeholders::_1 、 placeholders::_2.... 进行占位
function<int()> func2 = bind(Plus, 1,2);
cout << func1(1, 2) << endl;
cout << func2() << endl;
Sub s;
// 绑定成员函数
std::function<int(int, int)> func3 = std::bind(&Sub::sub, s,placeholders::_1, placeholders::_2);
// 参数调换顺序
std::function<int(int, int)> func4 = std::bind(&Sub::sub, s,placeholders::_2, placeholders::_1);
cout << func3(1, 2) << endl;
cout << func4(1, 2) << endl;
return 0;
}
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