c++基础3

news2024/12/29 9:43:31

一 、构造函数的初始化列表

        可以指定成员对象的初始化方式

        构造函数的初始化列表是在 C++ 中用于初始化成员变量的一种机制。它在构造函数的参数列表之后,构造函数的函数体之前使用,并使用冒号 : 分隔。初始化列表可以用于给成员变量赋初值,而不是在构造函数的函数体内进行赋值操作。

二、类的成员方法和变量

 类的静态成员变量

         类的静态成员变量是属于类而不是属于类的实例的变量。它是通过使用 static 关键字声明的类成员。静态成员变量在类的所有实例之间共享,而不是每个实例拥有自己的一份。在.BSS段。

类的静态成员方法

        静态成员方法(或称为静态成员函数)是属于类而不是属于类的实例的方法。它们被声明为静态成员,并且可以通过类名直接调用,而不需要创建类的实例。

        静态成员方法和普通成员方法的区别: 普通成员方法是有this指针的,而静态成员方法没有 this指针,可以通过类名+类的成员函数进行调用,而不需要对象 

  常成员方法

常对象调不了普通方法,只能调用常方法,因为编译时,                                                              传入的this指针的类型时const CGoods *类型的

  指向类成员变量和类成员方法的指针(需要加类的作用域,静态成员方法或者成员变量则不需要)

1. 指向类成员变量的指针需要加上类的作用域,以及使用的时候需要加上对象,指定对象。

 2. 指向成员方法的指针,函数指针需要在类的作用域夏,并且调用的时候,需要加上对象

三、 C++的模板 

模板的意义:对类型进行参数化

 

 1. 函数模板和模板函数

        函数模板:所谓函数模板,实际上是建立一个通用函数,其函数类型和形参类型不具体指定,用一个虚拟的类型来代表。这个通用函数就称为函数模板。

        函数模板是一组函数的抽象描述,它不是一个实实在在的函数,函数模板不会编译成任何目标代码。函数模板必须先实例化成模板函数,这些模板函数再程序运行时会进行编译和链接,然后产生相应的目标代码。

        模板函数是函数模板的实例化(在函数的调用点)

        模板名+ 参数列表就是函数   

        模板的实参推演 =》 可以根据用户传入的实参类型,来推导出模板类型参数的具体类型

 

 2. 模板的特列化(特殊的实例化,不是编译器提供,而是开发者提供)

对于某些类型来说,依赖编译器默认实例化的模板代码,代码处理逻辑是错误的

对于字符串来说,不能直接用实例化后的a> b,而应该用strcmp

针对compare函数模板,提供const char *类型的特列化版本

 这三者不是重载关系,因为函数名都不相同。

compare("aaa" , "bbb");首先会调用普通函数(非模板函数)

compare<const char *> ("aaa", "bbb");肯定是先调用模板函数

编译器优先把compare处理成函数名字,没有的化,才去找compare模板

模板不能是一个文件定义,另一个文件使用,

因为#include包含的代码,在预编译的时候,会被展开 。

3. 模板的非类型参数 

四、容器的空间配置器allocator

        四件事情: 内存开辟、内存释放  、 对象构造、对象析构

        C++中的空间配置器(allocator)是一个用来管理内存分配的模板类。它用于封装不同的内存分配和回收策略,为C++的容器(如vector、list等)提供内存分配和回收的服务。

比如有一个容器vector:
#include <iostream>
using namespace std;
/*
这篇文章主要讲述空间配置器,所以实现的vector方法比较简单,
方法没有提供相应的带右值引用参数的移动函数,没有考虑过多
的异常情况
*/
template<typename T>
class Vector
{
public:
	// 构造函数
	Vector(int size = 0)
		:mcur(0), msize(size)
	{
		mpvec = new T[msize];
	}
	// 析构函数
	~Vector()
	{
		delete[]mpvec;
		mpvec = nullptr;
	}
	// 拷贝构造函数
	Vector(const Vector<T> &src)
		:mcur(src.mcur), msize(src.msize)
	{
		mpvec = new T[msize];
		for (int i = 0; i < msize; ++i)
		{
			mpvec[i] = src.mpvec[i];
		}
	}
	// 赋值重载函数
	Vector<T>& operator=(const Vector<T> &src)
	{
		if (this == &src)
			return *this;

		delete []mpvec;

		mcur = src.mcur;
		msize = src.msize;
		mpvec = new T[msize];
		for (int i = 0; i < msize; ++i)
		{
			mpvec[i] = src.mpvec[i];
		}
		return *this;
	}
	// 尾部插入数据函数
	void push_back(const T &val)
	{
		if (mcur == msize)
			resize();
		mpvec[mcur++] = val;
	}
	// 尾部删除数据函数
	void pop_back()
	{
		if (mcur == 0)
			return;
		--mcur;
	}
private:
	T *mpvec; // 动态数组,保存容器的元素
	int mcur; // 保存当前有效元素的个数
	int msize; // 保存容器扩容后的总长度

	// 容器2倍扩容函数
	void resize()
	{
	    /*默认构造的vector对象,内存扩容是从0-1-2-4-8-16-32-...的2倍方式
		进行扩容的,因此vector容器的初始内存使用效率特别低,可以使用reserve
		预留空间函数提供容器的使用效率。*/
		if (msize == 0)
		{
			mpvec = new T[1];
			mcur = 0;
			msize = 1;
		}
		else
		{
			T *ptmp = new T[2 * msize];
			for (int i = 0; i < msize; ++i)
			{
				ptmp[i] = mpvec[i];
			}
			delete[]mpvec;
			mpvec = ptmp;
			msize *= 2;
		}
	}
};
如果对上面容器调用:
// 一个简单的测试类A
class A
{
public:
	A() { cout << "A()" << endl; }
	~A() { cout << "~A()" << endl; }
};
int main()
{
	Vector<A> vec(10); // 10表示底层开辟的空间大小,但是却构造了10个A对象
	A a1, a2, a3;
	cout << "---------------" << endl;
	vec.push_back(a1);
	vec.push_back(a2);
	vec.push_back(a3);
	cout << "---------------" << endl;
	vec.pop_back(); // 删除a3没有对对象进行析构
	cout << "---------------" << endl;

	// vec容器析构时,内部只有2个有效的A对象,但是却析构了10次
	return 0;
}

运行上面的代码,打印结果如下:
A()
A()
A()
A()
A()
A()
A()
A()
A()
A() // 上面到这个是vector容器中,构造了10个对象
A() // 这里开始下面的三个A构造函数,是构造了a1, a2, a3三个对象
A()
A()
+++++++++++++++
+++++++++++++++
+++++++++++++++ // 这里有问题,vec.pop_back()删除末尾A对象,但是并没有进行析构调用,有可能造成资源泄露
~A()
~A()
~A() // 上面到这里的三个析构函数,析构了a1, a2, a3三个对象
~A()
~A()
~A()
~A()
~A()
~A()
~A()
~A()
~A()
~A() // 上面到这里的10个析构函数,是把vector容器中的对象全部进行析构
 

存在以下问题:

        1.  定义容器时Vector< A > vec(10),我们希望底层开辟可以容纳10个元素的空间,并不需要给我构造10个A对象,因为此时我还没有打算给容器添加数据,这么多构造函数的调用,纯粹是效率的浪费。
        2.从容器中删除元素时vec.pop_back(),这句代码的意思是删除了容器末尾的对象A,但是并没有调用A对象的析构函数,如果A对象占用了外部资源,那么资源的释放代码肯定在A的析构函数里面,这样就造成了资源泄露的问题。
        3.vec容器在出函数作用域析构的时候,并没有析构有效的A对象,其实上面代码中,最终vec容器只有两个我们放入的有效对象a1和a2,a3被删除了,应该只析构两次就可以,但是却析构了10次,不合理。

自定义一个空间配置器
// 自定义空间配置器
template<typename T>
struct myallocator
{
	// 开辟内存空间
	T* allocate(size_t size) 
	{
		return (T*)::operator new(sizeof(T)*size);// 相当于malloc分配内存
	}
	// 释放内存空间
	void deallocate(void *ptr, size_t size)
	{
		::operator delete(ptr, sizeof(T)*size);// 相当于free释放内存
	}
	// 负责对象构造
	void construct(T *ptr, const T &val)
	{
		new ((void*)ptr) T(val);// 用定位new在指定内存上构造对象
	}
	// 负责对象析构
	void destroy(T *ptr)
	{
		ptr->~T();// 显示调用对象的析构函数
	}
};

C++ STL库中vector容器的类模板定义头

template<class _Ty,
	class _Alloc = allocator<_Ty>>
	class vector
#include <iostream>
using namespace std;

// 自定义空间配置器
template<typename T>
struct myallocator
{
	// 开辟内存空间
	T* allocate(size_t size) 
	{
		return (T*)::operator new(sizeof(T)*size);// 相当于malloc分配内存
	}
	// 释放内存空间
	void deallocate(void *ptr, size_t size)
	{
		::operator delete(ptr, sizeof(T)*size);// 相当于free释放内存
	}
	// 负责对象构造
	void construct(T *ptr, const T &val)
	{
		new ((void*)ptr) T(val);// 用定位new在指定内存上构造对象
	}
	// 负责对象析构
	void destroy(T *ptr)
	{
		ptr->~T();// 显示调用对象的析构函数
	}
};

/*
给Vector容器的实现添加空间配置器allocator
*/
template<typename T, typename allocator = myallocator<T>>
class Vector
{
public:
	// 构造函数,可以传入自定以的空间配置器,否则用默认的allocator
	Vector(int size = 0, const allocator &alloc = allocator())
		:mcur(0), msize(size), mallocator(alloc)
	{
		// 只开辟容器底层空间,不构造任何对象
		mpvec = mallocator.allocate(msize);
	}
	// 析构函数
	~Vector()
	{
		// 先析构容器中的对象
		for (int i = 0; i < mcur; ++i)
		{
			mallocator.destroy(mpvec+i);
		}
		// 释放容器占用的堆内存
		mallocator.deallocate(mpvec, msize);
		mpvec = nullptr;
	}
	// 拷贝构造函数
	Vector(const Vector<T> &src)
		:mcur(src.mcur)
		, msize(src.msize)
		, mallocator(src.mallocator)
	{
		// 只开辟容器底层空间,不构造任何对象
		mpvec = mallocator.allocate(msize);
		for (int i = 0; i < mcur; ++i)
		{
			// 在指定的地址mpvec+i上构造一个值为src.mpvec[i]的对象
			mallocator.construct(mpvec+i, src.mpvec[i]);
		}
	}
	// 赋值重载函数
	Vector<T> operator=(const Vector<T> &src)
	{
		if (this == &src)
			return *this;

		// 先析构容器中的对象
		for (int i = 0; i < mcur; ++i)
		{
			mallocator.destroy(mpvec + i);
		}
		// 释放容器占用的堆内存
		mallocator.deallocate(mpvec, msize);

		mcur = src.mcur;
		msize = src.msize;
		// 只开辟容器底层空间,不构造任何对象
		mpvec = mallocator.allocate(msize);
		for (int i = 0; i < mcur; ++i)
		{
			// 在指定的地址mpvec+i上构造一个值为src.mpvec[i]的对象
			mallocator.construct(mpvec + i, src.mpvec[i]);
		}
		return *this;
	}
	// 尾部插入数据函数
	void push_back(const T &val)
	{
		if (mcur == msize)
			resize();
		mallocator.construct(mpvec + mcur, val);
		mcur++;
	}
	// 尾部删除数据函数
	void pop_back()
	{
		if (mcur == 0)
			return;
		--mcur;
		// 析构被删除的对象
		mallocator.destroy(mpvec + mcur);
	}
private:
	T *mpvec; // 动态数组,保存容器的元素
	int mcur; // 保存当前有效元素的个数
	int msize; // 保存容器扩容后的总长度
	allocator mallocator; // 定义容器的空间配置器对象

	// 容器2倍扩容函数
	void resize()
	{
		if (msize == 0)
		{
			mpvec = mallocator.allocate(sizeof(T));
			mcur = 0;
			msize = 1;
		}
		else
		{
			T *ptmp = mallocator.allocate(2 * msize);
			for (int i = 0; i < msize; ++i)
			{
				mallocator.construct(ptmp + i, mpvec[i]);
			}
			// 先析构容器中的对象
			for (int i = 0; i < msize; ++i)
			{
				mallocator.destroy(mpvec + i);
			}
			// 释放容器占用的堆内存
			mallocator.deallocate(mpvec, msize);
			mpvec = ptmp;
			msize *= 2;
		}
	}
};
// 一个简单的测试类A
class A
{
public:
	A() { cout << "A()" << endl; }
	~A() { cout << "~A()" << endl; }
};
int main()
{
	Vector<A> vec(10); // 此处只开辟内存,没有构造任何对象
	A a1, a2, a3;
	cout << "+++++++++++++++" << endl;
	vec.push_back(a1);
	vec.push_back(a2);
	vec.push_back(a3);
	cout << "+++++++++++++++" << endl;
	vec.pop_back(); // 删除a3并析构a3对象
	cout << "+++++++++++++++" << endl;

	// vec容器析构时,内部只有2个有效的A对象,析构了2次,正确
	return 0;
}

        通过打印可以看到,最开始实现的容器,我们提到的这三个问题:

        定义容器时Vector< A > vec(10),我们希望底层开辟可以容纳10个元素的空间,并不需要给我构造10个A对象,因为此时我还没有打算给容器添加数据,这么多构造函数的调用,纯粹是效率的浪费。
        从容器中删除元素时vec.pop_back(),这句代码的意思是删除了容器末尾的对象A,但是并没有调用A对象的析构函数,如果A对象占用了外部资源,那么资源的释放代码肯定在A的析构函数里面,这样就造成了资源泄露的问题。
        vec容器在出函数作用域析构的时候,并没有析构有效的A对象,其实上面代码中,最终vec容器只有两个我们放入的有效对象a1和a2,a3被删除了,应该只析构两次就可以,但是却析构了10次,不合理。
        现在都通过空间配置器allocator解决了,仔细对比最开始的Vector和修改后带空间配置器版本的Vector的代码实现,体会allocator在容器中的具体使用。

五、运算符重载

         这里并没有在两个原来的对象上进行修改,而是创建了一个新的对象 

下面这个+20相当于 构造了一个临时对象(类型强转)

 下面这个这错误的:

 然后就做以下操作:写一个全局的运算符重载,然后写个友元

 前置++ 和 后置++

 cout<< 重载

 

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