C++学习笔记01-语法基础（问题-解答自查版）

前言

以下问题以Q&A形式记录，基本上都是笔者在初学一轮后，掌握不牢或者频繁忘记的点

Q&A的形式有助于学习过程中时刻关注自己的输入与输出关系，也适合做查漏补缺和复盘。

本文对读者可以用作自查，答案在后面，需要时自行对照。

问题集

Q1：结构化编程？C++的核心：OOP和泛型编程？

Q2：关于头文件命名，#include 合规，#include 语法没有错误，为什么却编译报错？

Q3：using namespace std; 中，using语法是属于编译指令吗？namespace的作用域的设计目的？

Q4：cout << 中的 “<<” 运算符叫什么名字？stream/流是什么？控制符(manipulator)是什么?

Q5：const在C和C++的区别？const安全的底层原理？

Q6：在函数运行中定义变量合适吗？推荐做法是什么？a的值会随着循环每次变化吗？eg :

int main() {
    while(1) {
        int a = 0; print(a++);   // 这里的 定义int a变量是合理的吗？
    }
}

Q7：C风格中，原来需要预处理的 xxx.h 头文件在C++的新方式？

Q8：int在不同系统上可能有不同的位数表现（16bits/32bits），那么有办法设置int位宽吗？

Q9：以下两条语句的含义？

int a{5};

int b = {5};

Q10：unsigned类型有浮点数吗？

Q11：如果提前知道变量可能表示的int值大于16位，则推荐使用 long 而不是 int（大于20e则使用 long long），why？

Q12：伪代码 int a + bool b 的执行结果如何？其背后原理？进一步地，两个float数 f1+f2 内部运算是怎么样的？

Q13：语句 short i; cout << int(i); 的含义是什么？为什么要这样设计？这里的int()是一个函数吗？

Q14：关于auto关键字原初的设计意图？

Q15：char a[n] 和 string的本质区别？

Q16：关于连续使用cin，我们已知的问题是第一个cin随着回车会导致遗留\0到下一个cin被读到

标准的解决方式是什么？

Q17：输出结果？

cout << R"(Jim "King" Tutt uses "\n" instead of endl.)" <<'\n';

Q18：C++允许在声明结构变量时省略关键字struct？

Q19：bit field 是什么？（也叫位域，From 小盖伦er）

Q21：关于枚举型变量对象band，下面几个表达式的正确性？（思考：enum-整型之间的提升）

Q22：指针的危险？（与之关联：Q27）

Q23：指针解引用之前的金科玉律？（这个学过c都会，跟Q22一样看看即可）

Q24：动态数组？动态联编？如何创建？如何释放？

Q25：对于C++， int *psome = new int[x]; 这个语句中，sizeof(psome)代表什么？sizeof(*psome)又代表什么？

Q26：p是一个指针，那么 p = p+1 之后，p指向哪？（以C++11标准-巩固）

Q27：假设有一个字符串 str1，那么下面的表达式语法合理吗？

str1 [-1]

*(str1 - 1)

Q28：除了vector和 xx[ ]，还有什么方式可以表示数组？

Q29：关于vector和array，vector的底层实现是什么？

Q30：二维数组在内存的空间地址是连续的么？

Q31：关于RAII，说说RAII的简单理念是什么？

Q32：比起 cin >> sr.arr 说说这里为什么用 cin.getline() ？

参考解答

Q1：结构化编程？C++的核心：OOP和泛型编程？

A1：结构化编程简单来说就是 if-else 等结构的使用，属于早期设计。OOP+泛型编程是C++核心

Q2：关于头文件命名，#include 合规，#include 语法没有错误，为什么却编译报错？为什么这样设计？

A2：其实这两种都是支持的。但是

1）<iostream.h> 是一个过时的包含方式，编译器所选定的标准可能不支持了
2）<iostream> 将库的内容包含在 std 命名空间中，这有助于避免命名冲突，是现代C++编程中推荐的做法。

Q3：using namespace std; 中，using语法是属于编译指令吗？namespace的意义是什么？

A3：namespace 的作用：一个潜在的问题是，可能使用两个已封装好的空间，它们都包含一个名为 xxx() 的函数。

这样，使用 xxx() 函数时，编译器将不知道指的是哪个版本。命名空间是为了避免这个问题。

eg：

Microflop::wanda("go dancing?");

Piscine::wanda("a fish named Desire");

using namespace std; 的作用域：affects all function definitions in this file；也就是一次using会影响整个.cpp

Q4：cout << 中的 “<<” 运算符叫什么名字？stream/流是什么？控制符(manipulator)是什么?

A4：

“<<” 运算符是重载之后，根据实际功能的定义，在cout语境下为“插入”。（形同左移，但不是左移）
endl 是一个典型的控制符，由iostream中定义，且位于std中，在输出流中插入endl将导致屏幕光标移到下一行开头。

Q5：const在C和C++的区别？为什么const在C++中相对安全一些？

A5：const在C++中不能被通过&的方式进行改写。主要的操作是在编译阶段把这个const修饰的变量偷换了，让程序员没法找到他。

Q6：在函数运行中定义变量合适吗？推荐做法是什么？a的值会每次变化吗？eg :

int main() {
    while(1) {
        int a = 0; print(a++);
    }
}

A6：在C中，所有的变量声明通常都位于函数或过程的开始位置，但C++没有这种限制。

不过，对于声明变量，C++的做法是尽可能在首次使用变量前声明它，以便于清楚的看出哪些在一起被定义了。

这个程序打印的结果是000000，说明 int a 在每次循环都会刷新。这里引用我和kimi的问答解释：

Q：C++中的这段代码，变量a会不断地定义吗？还是说只是被赋值？

A：在您提供的C++代码片段中，变量 a 会在每次 while 循环的开始时重新定义，并初始化为 0。

这意味着每次循环都会创建一个新的局部变量 a，并且每次都会从 0 开始。

Q：这个a变量的生命周期是仅在这次循环中？所以被创建在栈空间，在循环结束的时候被释放对吗？

A：是的，您的理解是正确的。在C++中，局部变量（如在 while 循环中定义的变量 a）的生命周期仅限于它们被定义的代码块。一旦代码块执行完毕，局部变量就会被销毁，其占用的内存（在栈上）也会被释放。

Q7：math.h头文件在C++的新版本？

A7：cmath

Q8：int在不同系统上可能有不同的位数表现（16bits/32bits），那么有办法设置int位宽吗？

A8：标准C++并没有提供直接设置，但可以查。查 int 位宽的方法：在<climits>头文件中，通过宏 INT_MAX

Q9：以下两条语句的含义？

int a{5};

int b = {5};

A9：一种不是很常见，但实际是为新手考虑的变量赋值方法——列表初始化。

其内在设计思路是：将大括号 { } 作为一种通用的初始化器，对所有不同类型的变量进行统一化赋值

对于列表初始化有一定要求，就是不允许“缩窄”，即不能用越界赋值。这里考虑安全也不允许使用变量，避免运行时不安全：

Q10：unsigned类型有浮点数吗？

A10：原文：注意, unsigned 本身是unsigned int 的缩写。

Q11：如果知道变量可能表示的int值大于16位，则使用long（大于20e则使用 long long），why？

A11：这样，将程序移植到16位系统时，就不会因为int范围改变导致突然无法正常工作。

所以即使系统上 int 为32位，也应这样做。

Q12：伪代码 int a + bool b 的执行结果如何？

其背后的原理是什么？进一步地，两个float数 f1+f2 其内部运算是怎么样的？

    int  a = 1;
    bool b = true;
    cout << a+b;

A12：int a + bool b 会整形提升为 int a + int b，f1+f2 会提升为 double a + double b

Q13：语句 short i; cout << int(i); 的含义是什么？为什么要这样设计？int是一个函数吗？

A13：这里是C++的强制转换语法，但只是看起来像是函数，实则不然

Q14：关于auto关键字的设计意图？

A14：自动推导那些不容易由程序员设计所产生变化的复杂类型，尤其是STL的iterator类型

Q15：char a[n] 和 string的本质区别？

A15：

Q16：关于连续使用cin

我们已知的问题是第一个cin随着回车会导致遗留\0到下一个cin被读到，标准的解决方式是什么？

A16：从cin后面补充一个 cin.get()

cin >> year;

cin.get();

也可以利用表达式 cin>>year 返回 cin 对象，将调用拼接起来:

(cin >> year).get();

Q17：输出结果？

cout << R"(Jim "King" Tutt uses "\n" instead of endl.)" <<'\n';

A17：前缀R：输出原始字符串

上述代码将显示如下内容:

Jim "King" Tutt uses \n instead of endl //特别注意：这里的 "\n" 变成了 \n，但不是粗暴的去除""

Q18：C++允许在声明结构变量时省略关键字struct？

A18：yes：

Q19：bit field 是什么？（位域）

A19：

经过代码验证，位域的内存占用并不是简单地取4字节对齐（或者说存储字长对齐），而是根据以下因素决定的：

1）位域的位数 2）结构体的内存对齐

举个例子：假设一个结构体中有一个位域和一个整数成员，位域占用了23位，整数成员占用32位。那么，位域会占用3个字节（23位 / 8位/字节 = 2.875字节，向上取整为3字节），整数成员会占用4字节。整个结构体的总大小可能会因为整数成员的对齐而增加到 8字节。

示例代码如下：

struct Example {

    bool flag : 1; // 占用1位

    unsigned int value : 23; // 占用23位

    int data; // 占用4字节

};

但要注意，有的编译器会把不同类型的数据分成不同位域，上面的代码会输出示例 Example e 的大小为12字节。

具体是8字节还是12字节，以编译器自己的对齐和打包规则为准！

Q20：union主要用来省内存。目前作用不大了。等于一个可选类型变量

Q21：关于枚举型变量对象band，下面几个表达式的正确性？（思考：enum-整型之间的提升）

A21：枚举可以被看作是整型的扩展，看起来好像 “整型是基类，枚举是整型的派生”。

这里扩充两个小知识：

1）枚举不能++操作 2）更有迷惑性的 enum = int 型赋值错误

虽然尝试直接将整型变量 i 赋值给枚举变量 c 是不允许的，但是，通过使用 static_cast<>，可以显式地将整型转换为枚举类型。

Q22：指针的危险

A22：

Q23：指针解引用之前所谓的“金科玉律”？

A23：

Q24：动态数组？动态联编？如何创建？如何释放？

A24：

创建：int *psome = new int[10];

释放：delete [ ] psome;

使用 new 时，如果在运行阶段需要数组，则创建它，如果不需要则不创建。

关于释放：如果使用 new[] 为数组分配内存，则应使用delete [] 来释放。

Q25：对于C++， **int *psome = new int[x];** 这个语句

sizeof(psome)代表什么？

sizeof(*psome)代表什么？

A25：这段代码是创建了一个动态数组，其中，sizeof(*psome)表示的是psome指针所指向的对象的类型 int 的大小。

它只表示单个int类型的大小，与x无关，也就是 sizeof(int)

由于psome是一个指向int的指针，*psome表示的是psome所指向的int变量的值。

那么是否能查找到动态数组的大小呢？答案是：程序跟踪了由 new int[] 创造的数组大小，用于delete []，但由于信息不公开，所以不能通过sizeof() 的方式来对整个动态数组的大小进行查询。

Q26：p是一个指针，那么 p = p+1 之后，p指向哪？

A26：将指针变量加1后，增加的量等于它指向的类型的字节数。

Q27：假设有一个字符串 str1，那么下面的语法合理吗？

str1 [-1]

*(str1 - 1)

A27：至少合法。与C语言一样，C++默认也不检查这种超界错误，无论是数组，vector还是array

Q28：除了vector和xx[ ]，还有什么方式可以表示数组？

A28：在这些如array的模板类中，有很多设计是为了防止越界而进行设计的。

Q29：关于vector和array，vector的底层实现是什么？

A29：vector的底层实现是array，大小可变，注意添加删除操作实际上就是array重建，然后动态地管理len大小

Q30：二维数组在内存的空间地址是连续的么？

A30：不同编程语言的内存管理是不一样的，以C++为例，在C++中二维数组是连续分布的。

Q31：关于RAII，说说RAII的简单理念是什么？

A31：RAII（Resource Acquisition Is Initialization）是 C++ 中一种重要的编程技术。

它通过对象的生命周期来管理资源，确保资源在使用完毕后能够被正确释放。

说白了也很简单，就是让设计好的构造和析构函数对申请和释放进行封装，避免遗忘的同时，便于找到内存问题的根源：

#include<cstdio>
#include<iostream>

using namespace std;

class safeResource{
public:
    int name;
    char *arr;        // 这里维护一个动态数组
    safeResource(){
        arr = new char[5];    // 构造申请
    }

    ~safeResource(){
        delete [] arr;        // 析构释放
    }
};

int main(){
    safeResource sr;
    if(!cin.getline(sr.arr, 5)){
        cout << "input error" << endl;
    }
    cout << sr.arr << " " << endl;
    return 0;
}

Q32：比起 cin >> sr.arr 说说这里为什么用 cin.getline() ？

    // sr.arr 是一个动态数组的起始地址
    if(!cin.getline(sr.arr, 5)){
        cout << "input error" << endl;
    }

A32：虽然用 cin >> sr.arr 也能通过，但是 cin 的方法不会自带一个 '\0'

getline的方法就可以为 sr.arr 附带一个可靠的结束符号，经测试，即使是输入多了，最后一个字符仍然是\0，其他则被丢弃。

并且 cin.getline 的方法更易于异常处理。

Q33：在大多数现代系统上，指针的大小通常是 4 或 8 字节（取决于_____）

A33：系统是32位还是64位