C++ 面向对象

news2024/9/25 17:16:57

C++ 面向对象，内存管理（未完。。。）

对象内存模型

类型转换 dynamic_cast type_info

多态

虚函数 override final
虚表结构运行时类型信息（RTII）
基类析构函数必须为虚函数，否则会有内存泄漏的危险
继承有两层含义
- 实现继承：复用父类定义的数据成员和函数成员
- 接口继承：通过父类定义虚函数来约定函数的行为
虚继承时，内存中会多一个指针，指向虚继承的基类，可避免菱形继承中重复继承的情况

在这里插入图片描述

Pimp设计习语

Pointer to Implementation，将类数据成员声明为指针，指向某具体实现类或抽象类（前置声明）
编译依赖：消除头文件对实现类的以依赖（只需要声明，无需定义）
延迟分发：如果使用指针指向抽象类，由于虚函数的多态，将函数的调用延迟到运行时，将具有更好的弹性

RAII（资源获取即初始化）

RAII（Resource Acquisition Is Initialization）是c++内存和资源管理最重要的管理机制之一
RAII通过三个环节来保证内存或资源得到确定行的释放
- 构造器中获取内存或资源
- 析构器中释放内存或资源
- 栈对象在作用域结束即确定行调用析构器回收内存（编译器自动管理）
异常免疫，出现异常也能够确定析构
可以同时管理内存对象与非内存对象（文件句柄，锁，网络IO…）
不仅管理栈对象、同时管理堆对象
RAII与移动语义、智能指针结合，可达成资源管理正确性和性能的双重保证

Move（移动语义）

移动发挥最大价值的场景
- 对象内部有分离内存（通常是指指针指向的堆内存）
- 对象拷贝为深拷贝
移动仅仅复制对象内本身的数据，不复制分离内存；拷贝即赋值对象本身数据，也复制分离内存
移动永远不比拷贝慢，通常更快，移动是拷贝的优化
移动构造函数/移动赋值操作符
对象移动之后不再使用（即右值）

字符串字面量(const字符数组)是左值 “qwert”；字符串字面量对象是右值 (“qwer”s)

void func(vector&& v)
类型为右值引用的函数形参，其实是个左值
- 对于函数调用者来说，v是一个右值引用参数
- 对于函数内不来说，v是一个左值
移动一个左值是不安全的

有移动构造，编译器会调用移动构造，没有移动构造函数，调用普通构造函数、

返回值优化 > 移动 > 拷贝（返回值优化必须是对象初始化时才会发生，函数参数不会做返回值优化）

构造函数可以抛异常，析构函数不可以抛异常

含有智能指针的类对象，编译器自动生成的拷贝构造函数和赋值操作符是不正确的，要自己实现

sdynamic_cast<sub*>(b2.release())

智能指针最佳使用场景

智能指针仅用于内存管理，不要用于管理非内存资源，非内存资源使用RAII类封装
优先使用unique_ptr而不是shared_ptr，除非需要共享使用权
使用make_unique()创建unique_ptr
使用make_shared()创建shared_ptr
使用weak_ptr 防止shared_ptr 的循环引用

模板编程

c++模板是一种编译时机制，在编译时生成具体代码，使用实参将模板定义时类化为具体的类型或参数；c++支持两种模板参数：类模板、函数模板
模板实例化时，编译器会对实参类型进行检查，确保实参类型符合模板参数的操作要求；C++模板参数支持两种：
- 类型参数，可隐式约束、也可以显示约束
- 值参数、编译时常量、或constexpr函数，不同值参数是不同类型
数据成员：只要类型被使用，编译器胡根据其数成员、生成对应类型结构
函数成员–选择性实例化
- 非虚函数，如果实际调用到，则会生成代码；如果没有调用到，则不生成
- 虚函数，无论是否调用，总会生成代码，因为在运行是，有可能调用到；
隐藏编译错误：如果某些模板方法没有被调用，即使含又编译错误，也会被忽略
强制实例化模板
- 使用template class name; 来强制要求编译所有模板类函数成员，可以排除所有编译错误
模板类型推导
- 引用性被忽略：引用类型的实参被当作非引用类型使用
- 转发引用：左值参数按左值，右值参数按右值
- 安置传递：实参中的const/volatile修饰会被去掉，都为拷贝

类的萃取（Trait）

通过附加属性，基于类型特征来提供正交设计的灵活性
聚合了各种相关的类型和变量，一般不包含成员函数
可以是固定traits（不使用模板参数化），也可以是模板，可以构成Traits Template
Trait参数通常依赖其他模板的参数
作为模板参数，通常有默认值
traits与policy的区别：traits基于类型特征，policy基于行为特征

c++20概念

template<typename T>
concept IsPointer = std::is_pointer_v<T>;

template<typename T>
concept CanCompute=requires(T x, T y) {
    x + y; // 支持+
    x - y; // 支持 -
    x * y;   //支持 * 
    x / y;
};
template<CanCompute T>
T compute(T a,T b)
{
    return (a+b)*(a-b);
}  
int main()
{
    int x=200, y=100;
    cout << compute(x, y) << endl; 
    string s1="hello ", s2="cpp";
    cout << compute(s1, s2) << endl;//错误的调用，不支持CanCompute概念的约束
}

c++概念是一种显示的类型接口，再编译时执行类型约束检查，是泛型编程的灵魂
概念可以帮助根号的理解泛型组件之间的合约
有概念约束的版本，可以van与重载百辨析，相当于通用版本的一个特化
概念比traits、编译时表达式都更强大的抽象
概念是一种约束，不是代码，没有类型、存储，生命周期以及地址等
概念本质是一组对类型参数T的编译时表达式求值 true或false

requires表达式约束

requires表达式可以指定多个类型约束，多个约束是没有顺序关系，可以是一下组合
- 编译时bool值表达式：类型判断式，编译时变量或函数
- requires表达式：类型定义，有效表达式，表达式残生的类型需求
- concept
requires表达式执行是编译时检查，对运行时代码没有任何影响、没有性损失
多个约束之间何以使用 && 或 || 实现逻辑组合

模板元编程

使用模板在编译时操作类型和函数的编程，成为模板元编程
- 提高性能：将部分计算冲运行时一道编译时
- 类型安全：计算一个数据结构或者算法的准确类型
泛型编程和模板元编程
- 泛型编程是通过玉树模板参数的定义，进行通用的类型、算法设计；更关注接口合同（concept）
- 模板元编程时通过编译时选择、或者某中形式的迭代，将类型当作值，进行编译时计算
constexpr 具有常量属性，同时具有编译时确定性；const 仅仅具有常量属性，但是并不确保编译期确定性
constexpr可以应用于一切休要编译时常量的地方（数组大小，模板值参数，枚举数值）
constexpr也可以用于函数和成员函数

int a = 100;
const int a1 = 100;	//编译时常量
int array1[a1];		//正确
const int a2 = a;	//运行时常量
int array2[a2];		//c++中错误（行为未定义），c中正确（栈变长数组）
constexpr int a3 = 100;//编译时常量

constexper函数

支持全局函数，类成员函数，模板函数，只要满足编译时常量的计算要求
如果结果要求未编译时常量：
- 传参为编译时常量，函数可以正常得到编译时常量值
- 传参为运行时变量，函数编译报错
如果结果要求为运行时变量：
- 参数传值可以时运行时变量，也可以为编译时值

//可变参模板
template<typename T, typename... Types>
void print (T const& firstArg, Types const&... args)
{
    cout << firstArg << endl;
    if constexpr(sizeof...(args) > 0) {
        print(args...); 
    }
}

//模板元编程案例一
template<int n> constexpr int fib()
{
    return fib<n-1>() + fib<n-2>();
}
template<> constexpr int fib<1>()
{
    return 1;
}
template<> constexpr int fib<2>()
{
    return 1;
}
//模板元编程案例二
template<int n> struct Fib
{
    static constexpr int value=Fib<n-1>::value+ Fib<n-2>::value;
};

template<> struct Fib<1>
{
    static constexpr int value=1;
};

template<> struct Fib<2>
{
    static constexpr int value=1;
};

int main()
{
    //1,1,2,3,5,8,13,21,34,55
    constexpr int f6= Fib<6>::value;//编译时常量
    constexpr int f10= Fib<10>::value;//编译时常量
    cout<<f6<<endl;
    cout<<f10<<endl;
}

static constexpr int value=1;
};

int main()
{
//1,1,2,3,5,8,13,21,34,55
constexpr int f6= Fib<6>::value;//编译时常量
constexpr int f10= Fib<10>::value;//编译时常量
cout<<f6<<endl;
cout<<f10<<endl;
}

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