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    hhltaishuai的博客:五万字长文总结 C/C++ 知识

    作者:[db:作者] 时间:2021-08-07 18:57

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    C/C++ 知识总结

    这是一篇五万字的C/C++知识点总结,包括答案,需要的同学记得去看看。

    目录

    • C/C++

      STL

      数据结构

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      Problems

      操作系统

      计算机网络

      网络编程

      数据库

      设计模式

      链接装载库

      海量数据处理

      音视频

      其他

    C/C++

    const

    作用
    修饰变量,说明该变量不可以被改变;

    修饰指针,分为指向常量的指针和指针常量;

    常量引用,经常用于形参类型,即避免了拷贝,又避免了函数对值的修改;

    修饰成员函数,说明该成员函数内不能修改成员变量。

    使用

    // 类
    class A
    {
    private:
        const int a;                // 常对象成员,只能在初始化列表赋值
    
    public:
        // 构造函数
        A() { };
        A(int x) : a(x) { };        // 初始化列表
    
        // const可用于对重载函数的区分
        int getValue();             // 普通成员函数
        int getValue() const;       // 常成员函数,不得修改类中的任何数据成员的值
    };
    
    void function()
    {
        // 对象
        A b;                        // 普通对象,可以调用全部成员函数
        const A a;                  // 常对象,只能调用常成员函数、更新常成员变量
        const A *p = &a;            // 常指针
        const A &q = a;             // 常引用
    
        // 指针
        char greeting[] = "Hello";
        char* p1 = greeting;                // 指针变量,指向字符数组变量
        const char* p2 = greeting;          // 指针变量,指向字符数组常量
        char* const p3 = greeting;          // 常指针,指向字符数组变量
        const char* const p4 = greeting;    // 常指针,指向字符数组常量
    }
    
    // 函数
    void function1(const int Var);           // 传递过来的参数在函数内不可变
    void function2(const char* Var);         // 参数指针所指内容为常量
    void function3(char* const Var);         // 参数指针为常指针
    void function4(const int& Var);          // 引用参数在函数内为常量
    
    // 函数返回值
    const int function5();      // 返回一个常数
    const int* function6();     // 返回一个指向常量的指针变量,使用:const int *p = function6();
    int* const function7();     // 返回一个指向变量的常指针,使用:int* const p = function7();
    static
    

    作用
    修饰普通变量,修改变量的存储区域和生命周期,使变量存储在静态区,在 main 函数运行前就分配了空间,如果有初始值就用初始值初始化它,如果没有初始值系统用默认值初始化它。

    修饰普通函数,表明函数的作用范围,仅在定义该函数的文件内才能使用。在多人开发项目时,为了防止与他人命令函数重名,可以将函数定位为 static。

    修饰成员变量,修饰成员变量使所有的对象只保存一个该变量,而且不需要生成对象就可以访问该成员。

    修饰成员函数,修饰成员函数使得不需要生成对象就可以访问该函数,但是在 static 函数内不能访问非静态成员。

    this 指针
    this 指针是一个隐含于每一个非静态成员函数中的特殊指针。它指向正在被该成员函数操作的那个对象。

    当对一个对象调用成员函数时,编译程序先将对象的地址赋给 this 指针,然后调用成员函数,每次成员函数存取数据成员时,由隐含使用 this 指针。

    当一个成员函数被调用时,自动向它传递一个隐含的参数,该参数是一个指向这个成员函数所在的对象的指针。

    this 指针被隐含地声明为: ClassName const this,这意味着不能给this指针赋值;在ClassName类的const成员函数中,this指针的类型为:const ClassName const,这说明不能对 this 指针所指向的这种对象是不可修改的(即不能对这种对象的数据成员进行赋值操作);

    this 并不是一个常规变量,而是个右值,所以不能取得 this 的地址(不能 &this)。

    在以下场景中,经常需要显式引用 this 指针:

    为实现对象的链式引用;

    为避免对同一对象进行赋值操作;

    在实现一些数据结构时,如 list

    inline 内联函数

    特征
    相当于把内联函数里面的内容写在调用内联函数处;

    相当于不用执行进入函数的步骤,直接执行函数体;

    相当于宏,却比宏多了类型检查,真正具有函数特性;

    不能包含循环、递归、switch 等复杂操作;

    在类声明中定义的函数,除了虚函数的其他函数都会自动隐式地当成内联函数。

    使用

    // 声明1(加 inline,建议使用)
    inline int functionName(int first, int secend,...);
    
    // 声明2(不加 inline)
    int functionName(int first, int secend,...);
    
    // 定义
    inline int functionName(int first, int secend,...) {/****/};
    
    // 类内定义,隐式内联
    class A {
        int doA() { return 0; }         // 隐式内联
    }
    
    // 类外定义,需要显式内联
    class A {
        int doA();
    }
    inline int A::doA() { return 0; }   // 需要显式内联
    

    编译器对 inline 函数的处理步骤
    将 inline 函数体复制到 inline 函数调用点处;

    为所用 inline 函数中的局部变量分配内存空间;

    将 inline 函数的的输入参数和返回值映射到调用方法的局部变量空间中;

    如果 inline 函数有多个返回点,将其转变为 inline 函数代码块末尾的分支(使用 GOTO)。

    优缺点
    优点

    内联函数同宏函数一样将在被调用处进行代码展开,省去了参数压栈、栈帧开辟与回收,结果返回等,从而提高程序运行速度。

    内联函数相比宏函数来说,在代码展开时,会做安全检查或自动类型转换(同普通函数),而宏定义则不会。

    在类中声明同时定义的成员函数,自动转化为内联函数,因此内联函数可以访问类的成员变量,宏定义则不能。

    内联函数在运行时可调试,而宏定义不可以。

    缺点

    代码膨胀。内联是以代码膨胀(复制)为代价,消除函数调用带来的开销。如果执行函数体内代码的时间,相比于函数调用的开销较大,那么效率的收获会很少。另一方面,每一处内联函数的调用都要复制代码,将使程序的总代码量增大,消耗更多的内存空间。

    inline 函数无法随着函数库升级而升级。inline函数的改变需要重新编译,不像 non-inline 可以直接链接。

    是否内联,程序员不可控。内联函数只是对编译器的建议,是否对函数内联,决定权在于编译器。

    虚函数(virtual)可以是内联函数(inline)吗?
    Are “inline virtual” member functions ever actually “inlined”?

    答案:http://www.cs.technion.ac.il/users/yechiel/c+±faq/inline-virtuals.html

    虚函数可以是内联函数,内联是可以修饰虚函数的,但是当虚函数表现多态性的时候不能内联。

    内联是在编译器建议编译器内联,而虚函数的多态性在运行期,编译器无法知道运行期调用哪个代码,因此虚函数表现为多态性时(运行期)不可以内联。

    inline virtual 唯一可以内联的时候是:编译器知道所调用的对象是哪个类(如 Base::who()),这只有在编译器具有实际对象而不是对象的指针或引用时才会发生。

    虚函数内联使用

    #include <iostream>  
    using namespace std;
    class Base
    {
    public:
        inline virtual void who()
        {
            cout << "I am Base\n";
        }
        virtual ~Base() {}
    };
    class Derived : public Base
    {
    public:
        inline void who()  // 不写inline时隐式内联
        {
            cout << "I am Derived\n";
        }
    };
    
    int main()
    {
        // 此处的虚函数 who(),是通过类(Base)的具体对象(b)来调用的,编译期间就能确定了,所以它可以是内联的,但最终是否内联取决于编译器。 
        Base b;
        b.who();
    
        // 此处的虚函数是通过指针调用的,呈现多态性,需要在运行时期间才能确定,所以不能为内联。  
        Base *ptr = new Derived();
        ptr->who();
    
        // 因为Base有虚析构函数(virtual ~Base() {}),所以 delete 时,会先调用派生类(Derived)析构函数,再调用基类(Base)析构函数,防止内存泄漏。
        delete ptr;
        ptr = nullptr;
    
        system("pause");
        return 0;
    } 
    
    
    assert()
    

    断言,是宏,而非函数。assert 宏的原型定义在 <assert.h>(C)、(C++)中,其作用是如果它的条件返回错误,则终止程序执行。可以通过定义 NDEBUG 来关闭 assert,但是需要在源代码的开头,include <assert.h> 之前。

    使用

    #define NDEBUG          // 加上这行,则 assert 不可用
    #include <assert.h>
    
    assert( p != NULL );    // assert 不可用
    sizeof()
    sizeof 对数组,得到整个数组所占空间大小。
    
    sizeof 对指针,得到指针本身所占空间大小。
    
    #pragma pack(n)
    设定结构体、联合以及类成员变量以 n 字节方式对齐
    
    使用
    #pragma pack(push)  // 保存对齐状态
    #pragma pack(4)     // 设定为 4 字节对齐
    
    struct test
    {
        char m1;
        double m4;
        int m3;
    };
    
    #pragma pack(pop)   // 恢复对齐状态
    

    位域

    Bit mode: 2; // mode 占 2 位
    类可以将其(非静态)数据成员定义为位域(bit-field),在一个位域中含有一定数量的二进制位。当一个程序需要向其他程序或硬件设备传递二进制数据时,通常会用到位域。

    位域在内存中的布局是与机器有关的

    位域的类型必须是整型或枚举类型,带符号类型中的位域的行为将因具体实现而定

    取地址运算符(&)不能作用于位域,任何指针都无法指向类的位域

    volatile
    volatile int i = 10;
    volatile 关键字是一种类型修饰符,用它声明的类型变量表示可以被某些编译器未知的因素(操作系统、硬件、其它线程等)更改。所以使用 volatile 告诉编译器不应对这样的对象进行优化。

    volatile 关键字声明的变量,每次访问时都必须从内存中取出值(没有被 volatile 修饰的变量,可能由于编译器的优化,从 CPU 寄存器中取值)

    const 可以是 volatile (如只读的状态寄存器)

    指针可以是 volatile

    extern “C”

    被 extern 限定的函数或变量是 extern 类型的

    被 extern “C” 修饰的变量和函数是按照 C 语言方式编译和连接的

    extern “C” 的作用是让 C++ 编译器将 extern “C” 声明的代码当作 C 语言代码处理,可以避免 C++ 因符号修饰导致代码不能和C语言库中的符号进行链接的问题。

    “C” 使用

    #ifdef __cplusplus
    extern "C" {
    #endif
    
    void *memset(void *, int, size_t);
    
    #ifdef __cplusplus
    }
    #endif
    structtypedef struct
    C// c
    typedef struct Student {
        int age; 
    } S;
    等价于
    
    // c
    struct Student { 
        int age; 
    };
    
    typedef struct Student S;
    

    此时 S 等价于 struct Student,但两个标识符名称空间不相同。

    另外还可以定义与 struct Student 不冲突的 void Student() {}。

    C++ 中
    由于编译器定位符号的规则(搜索规则)改变,导致不同于C语言。

    一、如果在类标识符空间定义了 struct Student {…};,使用 Student me; 时,编译器将搜索全局标识符表,Student 未找到,则在类标识符内搜索。

    即表现为可以使用 Student 也可以使用 struct Student,如下:

    // cpp

    struct Student { 
        int age; 
    };
    
    void f( Student me );       // 正确,"struct" 关键字可省略
    

    二、若定义了与 Student 同名函数之后,则 Student 只代表函数,不代表结构体,如下:

    typedef struct Student { 
        int age; 
    } S;
    
    void Student() {}           // 正确,定义后 "Student" 只代表此函数
    
    //void S() {}               // 错误,符号 "S" 已经被定义为一个 "struct Student" 的别名
    
    int main() {
        Student(); 
        struct Student me;      // 或者 "S me";
        return 0;
    }
    

    C++ 中 struct 和 class

    总的来说,struct 更适合看成是一个数据结构的实现体,class 更适合看成是一个对象的实现体。

    区别
    最本质的一个区别就是默认的访问控制

    默认的继承访问权限。struct 是 public 的,class 是 private 的。

    struct 作为数据结构的实现体,它默认的数据访问控制是 public 的,而 class 作为对象的实现体,它默认的成员变量访问控制是 private 的。

    union 联合
    联合(union)是一种节省空间的特殊的类,一个 union 可以有多个数据成员,但是在任意时刻只有一个数据成员可以有值。当某个成员被赋值后其他成员变为未定义状态。联合有如下特点: