Ⅰ C++ part1 面向对象编程

1 头文件与类的声明

1.1 c vs cpp关于数据和函数

c语言中，data和函数都是分别定义，根据类型创建的。这样创建出的变量，是全局的

cpp中，将数据data和函数都包含在一起（class），创建出一个对象，即为面向对象；数据和函数（类的方法）都是局部的，不是全局的

class的两个经典分类：

• 无指针成员的类（complex）——复数
• 有指针成员的类（string）——字符串

1.2 头文件与类

1.2.1 头文件

引用自己写的头文件，用双引号

头文件的标准写法：

complex.h:

#ifndef _COMPLEX_  // 如果没有被定义过就定义 （防卫式声明）
#define _COMPLEX_

#endif

• 首先是防卫式声明，如果没定义这个名词，那么就定义一下。ifndef+define。（这样如果程序是第一次引用它，则定义，后续则不需要重复定义，不需要重复进入下面的过程）
• 1要写的类的声明，2是要写类的具体定义，写1 2的时候发现有一些东西需要提前声明，写在0处

1.2.2 class的声明

在C++中 struct和class唯一的区别就在于默认的访问权限不同

• struct 默认权限为公共
• class 默认权限为私有

class complex  //class head
{              //class body  /*有些函数直接在此定义，另一些在 body 之外定义*/
public:
 complex (double r = 0, double i = 0)
    : re (r), im (i) 
 { }
 complex& operator += (const complex&);
 double real () const { return re; }
 double imag () const { return im; }
private:
 double re, im;

 friend complex& __doapl (complex*, const complex&); 
};

{
 complex c1(2,1);
 complex c2;
 ...
}

1.2.3 模板初识

{
    complex<double> c1(2.5, 1.5);
    complex<int> c2(2, 6);
    ...
}

• 因为实部和虚部的类型不确定，可能是 double float int，定义一个模板类型叫做 T
• 将T作为一个类型参数来传入，在调用的时候就可以指定类型了
• 通过在定义类的前面加入一行代码 template<typename T> 来实现

2 构造函数

2.1 inline 函数

定义类的时候，可以直接在body中定义函数（inline函数，在body中定义完成），也可以只是在body中声明函数

• inline内联函数：如果定义的函数是内联函数，那么会运行比较快，尽可能定义为内联函数
• 在body外，通过inline关键字来指定该函数为inline函数。

注意的是，上面所有的inline函数，都只是我们指定的，希望它为inline，具体是不是，要看编译器来决定

2.2 访问级别

• 数据应该被定义为private

• 函数要被外界使用，定义为public；若只是内部处理，定义为private

2.3 ctor 构造函数

2.3.1 ctor 的写法

方式一：（推荐）

complex(T r = 0, T i = 0) //函数名称与class的名称一致
    : re(r), im(i)        //中间这一行就是初始化
{ }

方式二：（不推荐）

complex(double r = 0, double i = 0)  
{
    re = r; im = i;       //用赋值来进行初始化
}

通过构造函数来创建对象。会自动调用构造函数进行创建。

• 构造函数名称需要与类的名称一样
• 函数的参数可以有默认参数
• 构造函数没有返回类型

2.3.2 ctor/函数 重载

构造函数可以有很多个，可以重载；但是上面的1 2两个构造函数冲突了

complex c2();   // "()" 可以不要，一样的

上面的调用方式对两个构造函数都适用，冲突

---

double real () const { return re; }

void real (double r) {  re = r;  }  //不能有const

• 同名的函数可以有多个，编译器会编成不同的名称，实际调用哪个会根据哪个适用

2.3.3 ctor 放在 private 区

• 通常构造函数不要放在private中，这样外界没法调用，也就无法创建对象
• 在设计模式 Singleton（单体）中，将构造函数放在了private中；这个class只有一份，外界想要调用的时候，只能使用定义的 getInstance() 函数来取得这一份；外界无法创建新的对象

2.4 const 常量成员函数

对于不会改变数据内容的函数，一定要加上const

{
    const complex c1(2, 1);
    cout << c1.real();
    cout << c1.imag();
}

对于上面调用方式，我们创建一个常量复数然后调用函数输出实部虚部，如果上面real和imag函数定义的时候，没有加const，那么这里函数默认的意思是可能会改变数据，与我们的常量复数就矛盾了，编译器会报错；因此，对于不会改变数据内容的函数，一定一定要加const

3 参数传递与返回值——引用

3.1 参数传递

• 值传递 pass by value，传递value是把整个参数全传过去，尽量不要直接value传递 例 double r

• 引用传递 pass by reference，传引用相当于传指针，快，形式也漂亮 例 complex&

• 如果只是为了提升速度，不向改变数据，那么传const引用；这样传进去的东西，不能被修改

  例 const complex&

3.2 返回值传递

返回值的传递，尽量返回引用

在函数中创建的变量 (local 变量)，要返回——这种情况是不能返回引用的；因为函数结束后函数中创建的变量就消失了，无法引用

---

传递者无需知道接受者是以reference形式接受——所以用reference形式很便捷

4 友元 friend

4.1 友元

友元：friend，修饰在函数定义之前，表示这个函数可以直接拿该类对象的private数据

inline complex&
__doapl(complex* ths, const complex& r)
{
    ths->re += r.re;  //直接拿private的数据，不需要函数
    ths->im += r.im;
    return *ths;
}

• 如上面所示，声明为friend之后，函数可以直接取到re和im，如果不被声明为friend，只能通过调用real和imag函数来得到，效率较低

4.2 相同 class 的 object 互为 friends

{
    complex c1(2, 1);
    complex c2;
    c2.func(c1);
}

相同class的不同对象互为友元，即可以直接取另一個 object 的 private data

5 操作符重载与临时对象

5.1 操作符重载

在c++里我们可以定义加法等操作符，比如我们可以定义两个石头的加法

5.1.1 成员函数实现 / this

成员函数： complex :: function .... 前面带有class的名称（在class里先声明了的）

inline complex&
complex::operator += (const complex& r) {
    return __doapl(this, r);   //do assignment plus
}

所有的成员函数都带有一个隐藏的参数this（是一个指针），this指向调用这个函数的调用者

• 定义函数的时候，在参数中不能写出来this，直接用即可

• 函数里可写可不写，但当传入参数与成员变量名相同时要写

  public:
  	double real () const { return this->re; }  //这里的this->可省略 
  

---

c3 += c2 += c1;    // c2 加了 c1 后如果返回 void 就无法进行 c3 的操作了

将操作符写为void函数也可以，但为了可以兼容c3+=c2+=c1的形式，写成返回引用更好。

5.1.2 非成员函数实现

非成员函数没有this

应对三种使用方法，写出三种方式

• 非成员函数是global函数——为了后面两种使用方法

• 这些函数不能返回引用，必须值传递

  在函数中创建的新变量 (local 变量)，要返回

5.1.3 output函数 << 的重载

cout不认识新定义的这种复数，因此也需要对<<进行操作符重载

只能全局函数，不能成员函数——导致使用时方向相反

#include <iostream.h>
ostream&
operator<<(ostream& os, const complex& x)
{
    return os << '(' << real(x) << ',' << imag(x) << ')';  //自定义输出
}

• ostream& 是 cout 的 classname

参数传递：os 在函数中会变化，所以不能加 const

返回值传递：为了避免 cout << c1 << conj(c1); 连续输出，不用 void

cout << c1 返回值需要与 cout 类型一致

5.2 临时对象

classname () 创建一个classname类型的临时对象——不需要名称，生命只有一行

6 带指针的类：三大函数

• 析构函数：~String();

• 拷贝构造函数 copy ctor ： String (const String& str); —— string s3(s1)

• 拷贝赋值函数 copy op= ： String& operator=(const String& str); —— s3=s2

  编译器默认的拷贝构造赋值（一个bit一个bit的复制），编译器默认的只是拷贝了指针（浅拷贝），而不是指针指向的数据

  

  alias（别名）和 memory leak（内存泄漏）都是十分危险的

  因此，如果类中有指针，一定自己写这两个函数

6.1 ctor 和 dtor (构造和析构函数)

6.1.1 ctor 构造函数

这里的 new 是申请的字符串的空间

inline
String::String(const char* cstr = 0)
{
    if (cstr) {       // 指定了初值—— String s2("hello");
        m_data = new char[strlen(cstr) + 1];  // 字符串长度 + /0
        strcpy(m_data, cstr);
    }
    else {            // 未指定初值—— String s1();
        m_data = new char[1];
        *m_data = '\0';
    }
}

这里的 new 是申请的指针的空间，String()里面还有一个 new

String* p = new String("hello");  
delete p;

6.1.2 dtor 析构函数

inline  
String::~String()
{
    delete[] m_data;
}

每个 new 都对应一个 delete —— 一定要释放

类对象死亡的时候（离开作用域），析构函数会被自动调用

例：这里结束会调用三次 dtor

{
    String s1(),
    String s2("hello");
    String* p = new String("hello");
    delete p;
}

6.2 copy ctor 拷贝构造函数

inline
String::String(const String& str)
{
    m_data = new char[strlen(str.m_data) + 1]; // “str.m_data” 兄弟之间互为友元 
    strcpy(m_data, str.m_data); // 深拷贝
}

String s1("hello ");
String s2(s1);

6.3 copy op= 拷贝赋值函数

1. 先杀死调用者

2. 重新申请指定大小的空间

3. 复制字符串内容到调用者

inline
String& String::operator=(const String & str)
{
    if (this == &str)  // 检测自我赋值 self assignment
        return *this;

    delete[] m_data;                               // 第一步
    m_data = new char[strlen(str.m_data) + 1];     // 第二步
    strcpy(m_data, str.m_data);                    // 第三步
    return *this;
}

一定要在开始就检测自我赋值，因为a=a时第一步 delete 了后，会使第三步出现问题

7 堆，栈，内存管理

7.1 堆和栈

Stack 栈，是存在于某作用域 (scope) 的一块内存空间。

例如当你调用函数，函数本身即会形成一个 stack 用来放置它所接收的参数，以及返回地址；在函数本体 (function body) 内声明的任何变量其所使用的内存块都取自上述 stack

Heap 堆，或称为 system heap ，是指由操作系统提供的一块 global 内存空间，程序可动态分配 (dynamic allocated) 从中获得若干区块 (blocks)

可以用 new 来动态取得

在 stack 中的是自动生成的空间，作用域结束空间会自动释放

在 heap 中的是自己申请的空间，需要自己释放

{
   complex c1(1,2);              
   /*c1空间来自stack*/
   complex* p = new complex(3);  
   /*complex(3) 是个临时对象
   其所用的空间是以new从heap动态分配而得，并由p指向*/
}

7.2 object 生命期

• stack objects 的生命期

  c1 便是所谓 stack object，其生命在作用域 (scope) 结束之际结束这种作用域内的 object，又称为 auto object，因为它会被“自动”清理（结束自动调用析构函数）

  {
  	complex c1(1,2);
  }
  

• static local objects 的生命期

  若在前面加上 static 后，其会存在到整个程序结束

  {
      static complex c2(1,2);
  }
  

• global objects 的生命期

  写在任何作用域之外的对象，其生命在整个程序结束之后才结束，你也可以把它视为一种 static object，其作用域是整个程序

  ...
  complex c3(1,2);
  
  int main()
  {
      ...
  }
  

• heap objects 的生命期

  p 所指的便是 heap object，其生命在它被 delete 之际结束

  {
      complex* p = new complex;
      ...
      delete p;
  }
  
  

7.3 new 和delete

7.3.1 new

new：先分配 memory , 再调用 ctor

1. 分配内存：先用一个特殊函数，按 class 的定义分配了两个 double 的大小
2. 转型（忽视）
3. 调用构造函数，赋值(1,2)

7.3.2 delete

delete：先调用 dtor, 再释放 memory

1. 调用析构函数——释放的是 m_date 指向的字符串 Hello 的空间（即构造函数中 new 申请的空间）
2. 释放内存：用一个特殊函数释放了 ps 指向的空间（即String* ps = new String("Hello"); 中 new 申请的空间）

7.4 内存动态分配

7.4.1 在VC下内存动态分配

在VC下（不同编译器的内存动态分配可能不同）

• 调试模式：

  (4*3) 是3个指针的大小

  (32+4) 是调试模式所需空间（橘色部分）

  (4*2) 是上下两个 cookie ——表示内存块的开始与结束

  4 是数组才有的长度记录

  由于分配内存块需要是16的倍数，所以需要 pad 来填充到64

• 执行模式：

  去掉调试模式的空间即可

因为内存块是16的倍数，因此最后四位bit一定都是0，cookie 就借用最后的一位1表示占用内存，0表示释放内存

如上图41h中1即表示占用内存

7.4.2 array new/delete

array new 一定要搭配 array delete

new后有[ ]—> delete后加[ ]

普通的delete只调用一次析构函数——剩下两个指针的指向的空间没有调用析构函数，内存泄漏

这种情况发生在有指针的类，但最好都这样写

8 静态 模板 namespace

8.1 static

对于非静态的函数和数据：

非静态的成员函数通过this指针来处理不同的数据（一份函数—>多个对象）

对于静态的函数和数据：

静态函数没有this，不能处理一般的数据，只能处理静态的数据

例1：

class Account
{
public:
	static double m_rate;  //静态变量的声明
	static void set_rate(const double& x) { m_rate = x; } //静态函数
};
double Account::m_rate = 0; //静态变量的定义 一定要有

int main()
{
    //调用静态函数法1——by class name
	Account::set_rate(5.0);
    //调用静态函数法2——by object
	Account a;
	a.set_rate(7.0); //静态函数与a无关/无this
}

例2：设计模式 Singleton（单体）

• 构造函数放在private中，外界无法调用
• 设计了getInstance静态函数，来生成并返回唯一的一份

8.2 template

8.2.1 class template 类模板

• T来代替某种类型
• 使用时classname<type1> xxx，编译器会把T全部替换为type1

8.2.2 function template 函数模板

比较函数——任何类型都可以进行比较；T来代替某种类型

应用时，不需要写某种类型——编译器自己会推导

8.3 namespace

对东西进行一个包装（不一定要一次性全写在一起，可分开包装在一起）

namespace name
{
...    
}

1. 用法一：using directive

   #include <iostream>
   using namespace std; //直接把包装全打开
   int main()
   {
   	cin << ...;
   	cout << ...;
   	return 0;
   }
   

2. 用法二：using declaration

   #include <iostream>
   using std::cout; //只打开一条
   int main()
   {
   	std::cin << ...; //没打开要写全名
   	cout << ...;
   	return 0;
   }
   

3. 用法三：都写全名

   #include <iostream>
   int main()
   {
   	std::cin << ; 
   	std::cout << ...;
   	return 0;
   }
   

9 复合 委托

9.1 Composition 复合

类似于c中结构里有结构——class里有class

deque 是一个已经存在的功能很多的类（两头进出的队列）；利用deque的功能来实现queue的多种操作

该例只是复合的一种情况——设计模式 Adapter

9.1.1 复合下的构造和析构

• 构造是由内而外

  Container 的构造函数，编译器会自动先调用 Component 的 default 构造函数，再执行自己

  注意如果要调用 Component 的其他构造函数需要自己写出来

  Container::Container(…): Component() { … };

• 析构是由外而内

  Container 的析构函数会先执行自己，之后编译器调用 Component 的析构函数

9.2 Delegation 委托

委托就是 Composition by reference；即通过指针把任务委托给另一个类

复合中，内部和外部是一起出现的；而委托是不同步的

这是一个著名的设计模式——pimpl (pointer to implementation) 或者叫 “编译防火墙”

• 右边怎么变动都不会影响左边

• reference counting 多个指针共享一个 “Hello”；但当a要改变内容时， 系统会单独复制一份出来给a来改，b和c依然在共享

  

10 继承与虚函数

10.1 Inheritance 继承

语法：:public base_class_name

public 只是一种继承的方式，还有protect，private

子类会拥有自己的以及父类的数据

10.1.1 继承下的构造和析构

与复合下的构造和析构相似

• 构造是由内而外

  Container 的构造函数，编译器会自动先调用 Component 的 default 构造函数，再执行自己

  注意如果要调用 Component 的其他构造函数需要自己写出来

  Derived::Derived(…): Base() { … };

• 析构是由外而内

  Container 的析构函数会先执行自己，之后编译器调用 Component 的析构函数

  Derived::~Derived(…){ … /* ~Base() */ };

  注意：Base class 的 dtor 必需是 virtual

  否则下例会导致结束时只会调用 Base 的 dtor

  int main() {
   Base* ptr = new Derived();
   delete ptr; // 只会调用 Base 类的析构函数
   return 0;
  }
  

10.2 虚函数

• pure virtual 函数：

  derived class 一定要重新定义 (override 覆写) 它；其没有定义只有声明

  语法：virtual xxxxxx =0;

• virtual 函数：

  derived class 可以重新定义 (override, 覆写) 它，且它已有默认定义

  语法：virtual xxxxxx;

• non-virtual 函数：

  不希望 derived class 重新定义 (override, 覆写) 它

10.3 继承 with virtual

例子：在 Windows 平台下用某个软件打开文件——分为好几步，但基本所有软件大多数操作都是一致的，只有一个操作如读取方式是不一样的

1. 现有一个框架 Application framework 其写好了所有必要的函数，其中 Serialize() 就是一个 pure virtual 函数
2. 使用这个框架写自己软件的打开文件，就继承这个框架，其中就需要自己 override 覆写 Serialize() 这个函数
3. 在执行中，执行 myDoc.OnFileOpen(); 中到 Serialize() 时，是通过 this 来指引到自己写的 Serialize() 中去的

把关键动作延缓到子类再做，这是一个经典的设计模式——Template Method

10.4 缩略图

• 复合：

• 委托：

• 继承：

• 类中的元素： 变量名称 : 变量类型（与代码刚好相反

  • 变量下面加下划线 表示 static

  • 前面加一个 - 表示 private

  • 前面加一个 # 表示 protected

  • 前面加一个 + 表示 public（一般可以省略）

10.5 继承+复合

这种关系下的构造和析构与之前的类似

• 第一种：

  

  • 构造由内到外 先 Base 再 Component

    Derived 的构造函数首先调用 Base 的 default 构造函数，然后调用 Component 的 default 构造函数，然后才执行自己

    Derived::Derived(…): Base(),Component() { … };

  • 析构由外而内 先 Component 再 Base

    Derived 的析构函数首先执行自己，然后调用 Component 的析构函数，然后调用 Base 的析构函数

    Derived::~Derived(…){… /*~Component() ~Base()*/};

• 第二种：

  

  同理构造由内到外，析构由外而内

10.6 继承+委托

10.6.1 例一 Observer

设计模式—— Observer

例如一串数据，可以用饼图来观察，也可以用条形图来观察，这种种的观察方式都是继承于 Observer

通过 vector<Observer> m_views; 来进行委托

当数据改变的时候，Observer 也需要更新，即 notify 函数，来将目前所有的观察者更新

10.6.2 例二 Composite

设计模式—— Composite

例如文件系统，文件夹里可以有文件夹（与自己相同的类），也可以有文件，其中文件就是最基本的 Primitive，而文件夹就是复合物 Composite

要达成目的，就可以再设计一个父类 Component ，文件和文件夹就继承于同一父类；

其中 Composite 要用委托到父类的方式 Component* 设计容器和操作——使其 Primitive 和 Composite 都可以适用

//父类 Component
class Component
{
private:
    int value;
public:
    Component(int val)	{value = val;}  
    virtual void add( Component* ) {} //虚函数
};

//复合物 Composite
class Composite 
    : public Component
{
	vector <Component*> c;  
public:
	Composite(int val) : Component(val) {}

	void add(Component* elem)
	{
		c.push_back(elem);
	}
	…
}

//基本类 Primitive
class Primitive
    : public Component
{
public:
	Primitive(int val): Component(val) {}
};

component中add是虚函数（且是空函数），不能是纯虚函数——Primitive 不会 override add函数（最基本的单位，不能 add 了），而 Composite 需要 override add函数

10.6.3 例三 Prototype

设计模式—— Prototype

框架（父类）要创建未来才会出现的子类——要求子类要创建一个自己当作原型 Prototype 让框架（父类）来找到并创建 FindAndClone

补充：当一个子类继承自父类时，它可以被视为是父类的一种类型，因此可以使用父类的指针或引用来引用子类的对象；

这种用父类的指针或引用来处理子类对象的方式称为——**向上转型 ** Upcasting

1. 父类中，有一个存放原型的数组，有纯虚函数 Image *clone()，还有两个静态函数 Image FindAndClone(imageType); void addPrototype(Image *image){...}

2. 子类中，创建一个静态的自己 _LAST ，把它放到父类的一个空间中，这样父类就可以找到新创建的子类

   private 的构造函数 LandSatImage() 中是 addPrototype(this); //这里的 this 就是 _LAST 将自己的原型放到了父类中去

3. 子类中，准备一个 clone()函数，父类通过调用找到的相应类型的 clone 函数来创建子类的副本

   这里的 clone 函数就不能用之前的那个构造函数来创建副本了——其会放到父类中去，所以创建一个新的构造函数 LandSatImage(int) 用传进一个无用参数（随便传个int型数据就好）来进行区分

Ⅱ C++ part2 兼谈对象模型

1 转换

1.1 转换函数

将当前对象的类型转换成其他类型

• 以 operator 开头，函数名称为需要转成的类型，无参数
• 前面不需要写返回类型，编译器会自动根据函数名称进行补充
• 转换函数中，分子分母都没改变，所以通常加 const

// class Fraction里的一个成员函数
operator double() const
{
    return (double) (m_numerator / m_denominator);
}

Fraction f(3,5);
double d = 4 + f; //编译器自动调用转换函数将f转换为0.6

1.2 non-explicit-one-argument ctor

将其他类型的对象转换为当前类型

one-argument 表示只要一个实参就够了

// non-explicit-one-argument ctor
Fraction(int num, int den = 1) 
    : m_numerator(num), m_denominator(den) {}

Fraction f(3,5);
Fraction d = f + 4; //编译器调用ctor将4转化为Fraction

1.3 explicit

当上面两个都有转换功能的函数在一起，编译器调用时都可以用，报错

class Fraction
{
public:
	Fraction(int num, int den = 1) 
		: m_numerator(num), m_denominator(den) {}
	operator double() const
	{
		return (double)m_numerator / m_denominator;
	}
	Fraction operator+(const Fraction& f) const
	{
		return Fraction(...);
	}
private:
	int m_numerator; // 分子
	int m_denominator; // 分母
};
...
    
Fraction f(3,5);
Fraction d = f + 4; // [Error] ambiguous

one-argument ctor 加上 explicit，表示这个 ctor 只能在构造的时候使用，编译器不能拿来进行类型转换了

...
explicit Fraction(int num, int den = 1) 
    : m_numerator(num), m_denominator(den) {}
...
    
Fraction f(3,5);
Fraction d = f + 4; // [Error] 4不能从‘double’转化为‘Fraction’

关键字 explicit 主要就在这里运用

2 xxx-like classes

2.1 pointer-like classes

2.1.1 智能指针

• 设计得像指针class，能有更多的功能，包着一个普通指针
• 指针允许的动作，这个类也要有，其中 *，-> 一般都要重载

template <typename T>
class shared_ptr
{
public:
	T& operator*() const { return *px; }
	T* operator->() const { return px; }
	shared_ptr(T* p) : ptr(p) {}
private:
	T* px;
	long* pn;
};

在使用时，*shared_ptr1 就返回 *px；

但是 shared_ptr1-> 得到的东西会继续用 -> 作用上去，相当于这个->符号用了两次

2.1.2 迭代器

以标准库中的链表迭代器为例，这种智能指针还需要处理 ++ -- 等符号

node 是迭代器包着的一个真正的指针，其指向 _list_node

• 下图 *ite 的意图是取 data——即一个 Foo 类型的 object
• 下图 ite->method 的意图是调用 Foo 中的函数 method

2.2 function-like classes

设计一个class，行为像一个函数

函数行为即 —— xxx() 有一个小括号，所以函数中要有对 () 进行重载

template <class pair>
struct select1st ... // 这里是继承奇特的Base classes，先不管
{
	const typename pair::first_type& // 返回值类型，先不管
	operator()(const pair& x) const
	{
		return x.first;
	}
};

...
//像一个函数一样在用这个类
select1st<my_pair> selector;
first_type first_element = selector(example_pair);

//还可以这样写，第一个()在创建临时对象
first_type first_element = select1st<my_pair>()(example_pair);

...

3 模板

3.1 类模板/函数模板

补充：只有模板的尖括号中<>，关键字 typename 和 class 是一样的

3.2 成员模板

它即是模板的一部分，自己又是模板，则称为成员模板

其经常用于构造函数

1. ctor1 这是默认构造函数的实现；它初始化 first 和 second 分别为 T1 和 T2 类型的默认构造函数生成的默认值
2. ctor2 这是带参数的构造函数的实现；它接受两个参数 a 和 b，并将它们分别用来初始化 first 和 second 成员变量
3. ctor3 这是一个==模板构造函数==，接受一个不同类型的 pair 对象作为参数；它允许从一个不同类型的 pair 对象构造当前类型的 pair 对象，在构造过程中，它将源 pair 对象的 first 和 second 成员变量分别赋值给当前对象的成员变量，使其具有一定的灵活性和通用性

template <class T1, class T2>
struct pair
{
	T1 first;
	T2 second;
	pair() : first(T1()), second(T2()) {} //ctor1
	pair(const T1& a, const T2& b) : 	  //ctor2
		first(a), second(b) {}

	template <class U1, class U2>		  //ctor3
	pair(const pair<U1, U2>& p) : 
		first(p.first), second(p.second) {}
};

• 例一，可以使用 <鲫鱼，麻雀> 对象来构造一个 <鱼类，鸟类> 的pair

  

• 例二，父类指针是可以指向子类的，叫做 up-cast；智能指针也必须可以，所以其构造函数需要为==模板构造函数==

  

3.3 模板模板参数

即模板中的一个模板参数也为模板，下图黄色高亮部分

• XCLs<string, list> mylist 中即表示：容器 list 是 string 类型的—— 创建一个 string 的链表；Container<T> c; 即表示 list<srting> c;

• 但是这样 Container<T> c; 语法过不了，容器 list 后面还有参数，需要用中间框和下面框下一行的代码 —— c++11的内容

注：下面不是模板模板参数

class Sequence = deque<T> 是有一个初始值，当没指定时就初始为 deque<T>

在要指定时，如最后一行中的 list<int> 是确切的，不是模板

4 specialization 特化

4.1 全特化 full specialization

模板是泛化，特化是泛化的反面，可以针对不同的类型，来设计不同的东西

• 其语法为template<> struct xxx<type>

template<>
struct hash<char>
{
...
    size_t operator()(char& x) const {return x;}
};

template<>
struct hash<int>
{
...
	size_t operator()(int& x) const { return x; }
};

• 这里编译器就会用 int 的那段代码；注意：hash<int>() 是创建临时变量

cout << hash<int>()(1000)

4.2 偏特化 partial specialization

4.2.1 个数上的偏

例如：第一个模板参数我想针对 bool 特别设计

注意绑定模板参数不能跳着绑定，需要从左到右

4.2.2 范围上的偏

例如：想要当模板参数是指针时特别设计

C<string> obj1; //编译器会调用上面的
C<string*> obj2; //编译器会调用下面的

5 三个C++11新特性

5.1 variadic templates

模板参数可变化，其语法为 ... (加在哪看情况)

// 当参数pack里没有东西了就调用这个基本函数结束输出
void print() {
}

// 用于打印多个参数的可变参数模板函数
template <typename T, typename... Args>
void print(const T& first, const Args&... args) {
    std::cout << first << " ";
    print(args...);  // 使用剩余参数进行递归调用
}

int main() {
    print(1, "Hello", 3.14, "World");
    return 0;
}

还可以使用 sizeof...(args) 来得到参数pack里的数量

5.2 auto

编译器通过赋值的返回值类型，自动匹配返回类型

注：下面这样是不行的，第一行编译器找不到返回值类型

auto ite; // error
ite = find(c.begin(), c.end(), target);

5.3 ranged-base for

for 循环的新语法，for(声明变量 : 容器)，编译器会从容器中依次拿出数据赋值给声明变量中

for (decl : coll)
{
    statement
}

//例
for (int i : {1, 3, 4, 6, 8}) // {xx,xx,xx} 也是c++11的新特性
{
    cout << i << endl;
}

注意：改变原容器中的值需要 pass by reference

vector<double> vec;
...

for (auto elem : vec) //值传递
{
    cout << elem << endl;
}
for (auto& elem : vec) //引用传递
{
    elem *= 3;
}

6 多态 虚机制

6.1 虚机制

当类中有虚函数时（无论多少个），其就会多一个指针—— vptr 虚指针，其会指向一个 vtbl 虚函数表，而 vtbl 中有指针一一对应指向所有的虚函数

有三个类依次继承，其中A有两个虚函数 vfunc1() vfunc2()，B改写了A的 vfunc1()，C又改写了B的 vfunc1()，子类在继承中对于虚函数会通过指针的方式进行——因为可能其会被改写

继承中，子类要继承父类所有的数据和其函数调用权，但虚函数可能会被改写，所以调用虚函数是==动态绑定==的，通过指针 p 找到 vptr，找到vtbl，再找到调用的第n个虚函数函数——( *(p->vptr[n]) )(p)

编译器在满足以下三个条件时就会做==动态绑定==：

1. 通过指针调用
2. 指针是向上转型 up-cast ——Base* basePtr = new Derived;
3. 调用的是虚函数

编译器就会编译成 ( *(p->vptr[n]) )(p) 这样来调用

例如：用一个 Shape（父类）的指针，调用 Circle（子类）的 draw 函数（每个形状的 draw 都不一样，继承自 Shape）

多态：同样是 Shape 的指针，在链表中却指向了不同的类型

list<Shape*> Mylist

多态优点：代码组织结构清晰，可读性强，利于前期和后期的扩展以及维护

6.2 动态绑定

a.vfunc1() 是通过对象来调用，是 static binding 静态绑定

在汇编代码中，是通过 call 函数的固定地址来进行调用的

pa 是指针，是向上转型，是用其调用虚函数—— dynamic binding 动态绑定

在汇编代码中，调用函数的时候，蓝框的操作用 c语言 的形式即是 —— ( *(p->vptr[n]) )(p)

下面同理

7 reference、const、new/delete

7.1 reference

x 是整数，占4字节；p 是指针占4字节（32位）；r 代表x，那么r也是整数，占4字节

int x = 0;
int* p = &x; // 地址和指针是互通的
int& r = x; // 引用是代表x

引用与指针不同，只能代表一个变量，不能改变

引用底部的实现也是指针，但是注意 object 和它的 reference 的大小是相同的，地址也是相同的（是编译器制造的假象）

sizeof(r) == sizeof(x)
&x == &r

reference 通常不用于声明变量，用于参数类型和返回类型的描述

以下 imag(const double& im) 和 imag(const double im) 的签名signature 在C++中是视为相同的——二者不能同时存在

double imag(const double& im) /*const*/ {....}
double imag(const double im){....} //Ambiguity

注意：const 是函数签名的一部分，所以加上后是可以共存的

7.2 const

const 加在函数后面 —— 常量成员函数（成员函数才有）：表示这个成员函数保证不改变 class 的 data

	const object	non-const object
const member function（保证不改变 data members）	✔️	✔️
non-const member function（不保证 data members 不变）	❌	✔️

COW：Copy On Write

多个指针共享一个 “Hello”；但当a要改变内容时， 系统会单独复制一份出来给a来改，即 COW

在常量成员函数中，数据不能被改变所以不需要COW；而非常量成员函数中数据就有可能被改变，需要COW

charT
operator[] (size_type pos)const
{
	.... /* 不必考虑COW */   
}

reference
operator[] (size_type pos)
{
    .... /* 必须考虑COW */
}

函数签名不包括返回类型但包括const，所以上面两个函数是共存的

当两个版本同时存在时，const object 只能调用 const 版本，non-const object 只能调用 non-const 版本

7.3 new delete

7.3.1 全局重载

• 可以全局重载 operator new、operator delete、operator new[]、operator delete[]
• 这几个函数是在 new 的时候，编译器的分解步骤中的函数，是给编译器调用的

注意这个影响非常大！

inline void* operator new(size_t size){....}
inline void* operator new[](size_t size){....}
inline void operator delete(void* ptr){....}
inline void operator delete[](void* ptr){....}

7.3.2 class中成员重载

• 可以重载 class 中成员函数 operator new、operator delete、operator new[]、operator delete[]
• 重载之后，new 这个类时，编译器会使用重载之后的

class Foo
{
public：
    void* operator new(size_t size){....}
    void operator delete(void* ptr, size_t size){....} // size_t可有可无
    
    void* operator new[](size_t size){....}
    void operator delete[](void* ptr, size_t size){....} // size_t可有可无
    ....
}

// 这里优先调用 members，若无就调用 globals
Foo* pf = new Foo;
delete pf;

// 这里强制调用 globals
Foo* pf = ::new Foo;
::delete pf;

7.3.3 placement new delete

可以重载 class 成员函数 placement new operator new()，可以写出多个版本，前提是每一个版本的声明有独特的传入参数列，且其中第一个参数必须是 size_t，其余参数出现于 new(.....) 小括号内（即 placement arguments）

Foo* pf = new(300, 'c') Foo; // 其中第一个参数size_t不用写
// 对应的operator new
void* operator new (size_t size, long extra, char init){....}

我们也可以重载对应的 class 成员函数 operator delete()，但其不会被delete调用，只当 new 调用的构造函数抛出异常 exception 的时候，才会调用来归还未能完全创建成功的 object 占用的内存