• [c++] 基本概念


    内存

    • 栈区和堆区的管理模式有所不同:栈区内存由系统分配和释放,不受程序员控制;堆区内存完全由程序员掌控,想分配多少就分配多少,想什么时候释放就什么时候释放,非常灵活。
    • 栈(Stack)可以存放函数参数、局部变量、局部数组等作用范围在函数内部的数据,它的用途就是完成函数的调用。
    • 栈区和堆区的内存在程序运行期间可以根据实际需求来分配和释放,不用在程序刚启动时就备足所有内存。这称为动态内存分配。
    • 在栈上创建出来的对象都有一个名字,比如 stu,使用指针指向它不是必须的。但是通过 new 创建出来的对象就不一样了,它在堆上分配内存,没有名字,只能得到一个指向它的指针,所以必须使用一个指针变量来接收这个指针,否则以后再也无法找到这个对象了,更没有办法使用它。也就是说,使用 new 在堆上创建出来的对象是匿名的,没法直接使用,必须要用一个指针指向它,再借助指针来访问它的成员变量或成员函数。
    • 栈内存是程序自动管理的,不能使用 delete 删除在栈上创建的对象;堆内存由程序员管理,对象使用完毕后可以通过 delete 删除。在实际开发中,new 和 delete 往往成对出现,以保证及时删除不再使用的对象,防止无用内存堆积。
    • 有了对象指针后,可以通过箭头->来访问对象的成员变量和成员函数,这和通过结构体指针来访问它的成员类似。
    • 成员变量在堆区或栈区分配内存,成员函数在代码区分配内存。对象的大小只受成员变量的影响,和成员函数没有关系。

    指针、引用

    • 参数的传递本质上是一次赋值的过程,赋值就是对内存进行拷贝。所谓内存拷贝,是指将一块内存上的数据复制到另一块内存上。
    • 对于像 int、float、char 等基本类型的数据,它们占用的内存往往只有几个字节,对它们进行内存拷贝非常快速。而数组是一系列数据的集合,数据的数量没有限制,可能很少,也可能成千上万,对它们进行内存拷贝有可能是一个漫长的过程,会严重拖慢程序的效率,为了防止技艺不佳的程序员写出低效的代码,C语言没有从语法上支持数据集合的直接赋值。
    • 除了C语言,C++JavaPython 等其它语言也禁止对大块内存进行拷贝,在底层都使用类似指针的方式来实现。
    • C/C++ 禁止在函数调用时直接传递数组的内容,而是强制传递数组指针,而对于结构体和对象没有这种限制,调用函数时既可以传递指针,也可以直接传递内容;为了提高效率,建议传递指针。
    • 在 C++ 中,我们有一种比指针更加便捷的传递聚合类型数据的方式,那就是引用(Reference)
    • 引用可以看做是数据的一个别名,通过这个别名和原来的名字都能够找到这份数据。
    • 按引用传参在使用形式上比指针更加直观。在以后的 C++ 编程中,我鼓励读者大量使用引用,它一般可以代替指针(当然指针在C++中也不可或缺),C++ 标准库也是这样做的。
    • 其实引用只是对指针进行了简单的封装,它的底层依然是通过指针实现的,引用占用的内存和指针占用的内存长度一样,在 32 位环境下是 4 个字节,在 64 位环境下是 8 个字节,之所以不能获取引用的地址,是因为编译器进行了内部转换。
    • 引用虽然是基于指针实现的,但它比指针更加易用,从上面的两个例子也可以看出来,通过指针获取数据时需要加*,书写麻烦,而引用不需要,它和普通变量的使用方式一样。C++ 的发明人 Bjarne Stroustrup 也说过,他在 C++ 中引入引用的直接目的是为了让代码的书写更加漂亮,尤其是在运算符重载中,不借助引用有时候会使得运算符的使用很麻烦。
    • 指针和引用的区别
      • 引用必须在定义时初始化,并且以后也要从一而终,不能再指向其他数据;而指针没有这个限制,指针在定义时不必赋值,以后也能指向任意数据
      • 可以有 const 指针,但是没有 const 引用。
      • 指针可以有多级,但是引用只能有一级
      • 指针和引用的自增(++)自减(--)运算意义不一样

    宏、内联函数

    • 宏定义是一项“细思极密”的工作,一不小心就会踩坑,而且不一定在编译和运行时发现,给程序埋下隐患。
    • 为了消除函数调用的时空开销,C++ 提供一种提高效率的方法,即在编译时将函数调用处用函数体替换,类似于C语言中的宏展开。这种在函数调用处直接嵌入函数体的函数称为内联函数(Inline Function),又称内嵌函数或者内置函数。
    • 在编写C++代码时我推荐使用内联函数来替换带参数的宏。
    • 内联函数在编译时会将函数调用处用函数体替换,编译完成后函数就不存在了,所以在链接时不会引发重复定义错误。这一点和宏很像,宏在预处理时被展开,编译时就不存在了。从这个角度讲,内联函数更像是编译期间的宏。
    • 综合本节和上节的内容,可以看到内联函数主要有两个作用,一是消除函数调用时的开销,二是取代带参数的宏。不过我更倾向于后者,取代带参数的宏更能凸显内联函数存在的意义。
    • 当函数比较复杂时,函数调用的时空开销可以忽略,大部分的 CPU 时间都会花费在执行函数体代码上,所以我们一般是将非常短小的函数声明为内联函数。

    类、对象

    • 类只是一个模板(Template),编译后不占用内存空间,所以在定义类时不能对成员变量进行初始化,因为没有地方存储数据。只有在创建对象以后才会给成员变量分配内存,这个时候就可以赋值了。
    • 类只是一张图纸,起到说明的作用,不占用内存空间;对象才是具体的零件,要有地方来存放,才会占用内存空间。
    • 类一般不定义在函数体内,为了在不同文件中使用同一个类,类的定义必须保持一致,所以类通常被定义在头文件中,且类所在的头文件的名字应该与类的名字一致。
    • public是 C++ 的新增关键字,它只能用在类的定义中,表示类的成员变量或成员函数具有“公开”的访问权限。
    • 类可以理解为一种新的数据类型,该数据类型的名称是 Student。与 char、int、float 等基本数据类型不同的是,Student 是一种复杂数据类型,可以包含基本类型,而且还有很多基本类型中没有的特性。
    • 在栈上创建出来的对象都有一个名字,比如 stu,使用指针指向它不是必须的。但是通过 new 创建出来的对象就不一样了,它在堆上分配内存,没有名字,只能得到一个指向它的指针,所以必须使用一个指针变量来接收这个指针,否则以后再也无法找到这个对象了,更没有办法使用它。也就是说,使用 new 在堆上创建出来的对象是匿名的,没法直接使用,必须要用一个指针指向它,再借助指针来访问它的成员变量或成员函数。
    • 栈内存是程序自动管理的,不能使用 delete 删除在栈上创建的对象;堆内存由程序员管理,对象使用完毕后可以通过 delete 删除。在实际开发中,new 和 delete 往往成对出现,以保证及时删除不再使用的对象,防止无用内存堆积。
    • 有了对象指针后,可以通过箭头->来访问对象的成员变量和成员函数,这和通过结构体指针来访问它的成员类似。
    • 本节重点讲解了两种创建对象的方式:一种是在栈上创建,形式和定义普通变量类似;另外一种是在堆上使用 new 关键字创建,必须要用一个指针指向它,读者要记得 delete 掉不再使用的对象。
    • 通过对象名字访问成员使用点号.,通过对象指针访问成员使用箭头->,这和结构体非常类似。
    • 当成员函数定义在类外时,就必须在函数名前面加上类名予以限定。::被称为域解析符(也称作用域运算符或作用域限定符),用来连接类名和函数名,指明当前函数属于哪个类。
    • 成员函数必须先在类体中作原型声明,然后在类外定义,也就是说类体的位置应在函数定义之前。
    • 在类体中和类体外定义成员函数是有区别的:在类体中定义的成员函数会自动成为内联函数,在类体外定义的不会。当然,在类体内部定义的函数也可以加 inline 关键字,但这是多余的,因为类体内部定义的函数默认就是内联函数。
    • 内联函数一般不是我们所期望的,它会将函数调用处用函数体替代,所以我建议在类体内部对成员函数作声明,而在类体外部进行定义,这是一种良好的编程习惯,实际开发中大家也是这样做的。
    • C++通过 public、protected、private 三个关键字来控制成员变量和成员函数的访问权限,它们分别表示公有的、受保护的、私有的,被称为成员访问限定符。所谓访问权限,就是你能不能使用该类中的成员。
    • 在类的外部(定义类的代码之外),只能通过对象访问成员,并且通过对象只能访问 public 属性的成员,不能访问 private、protected 属性的成员。
    • 成员变量大都以m_开头,这是约定成俗的写法,不是语法规定的内容。以m_开头既可以一眼看出这是成员变量,又可以和成员函数中的形参名字区分开。
    • 根据C++软件设计规范,实际项目开发中的成员变量以及只在类内部使用的成员函数(只被成员函数调用的成员函数)都建议声明为 private,而只将允许通过对象调用的成员函数声明为 public。这种将成员变量声明为 private、将部分成员函数声明为 public 的做法体现了类的封装性。所谓封装,是指尽量隐藏类的内部实现,只向用户提供有用的成员函数。
    • 给成员变量赋值的函数通常称为 set 函数,它们的名字通常以set开头,后跟成员变量的名字;读取成员变量的值的函数通常称为 get 函数,它们的名字通常以get开头,后跟成员变量的名字。
    • 除了 set 函数和 get 函数,在创建对象时还可以调用构造函数来初始化各个成员变量,我们将在《C++构造函数》一节中展开讨论。不过构造函数只能给成员变量赋值一次,以后再修改还得借助 set 函数。
    • 有读者可能会说,额外添加 set 函数和 get 函数多麻烦,直接将成员变量设置为 public 多省事!确实,这样做 99.9% 的情况下都不是一种错误,我也不认为这样做有什么不妥;但是,将成员变量设置为 private 是一种软件设计规范,尤其是在大中型项目中,还是请大家尽量遵守这一原则。
    • 声明为 private 的成员和声明为 public 的成员的次序任意,既可以先出现 private 部分,也可以先出现 public 部分。如果既不写 private 也不写 public,就默认为 private。
    • 构造函数的调用是强制性的,一旦在类中定义了构造函数,那么创建对象时就一定要调用,不调用是错误的。如果有多个重载的构造函数,那么创建对象时提供的实参必须和其中的一个构造函数匹配;反过来说,创建对象时只有一个构造函数会被调用。
    • 在栈上创建对象时,实参位于对象名后面,例如Student stu("小明", 15, 92.5f);在堆上创建对象时,实参位于类名后面,例如new Student("李华", 16, 96)
    • 构造函数必须是 public 属性的,否则创建对象时无法调用。当然,设置为 private、protected 属性也不会报错,但是没有意义。
    • 构造函数没有返回值,因为没有变量来接收返回值,即使有也毫无用处。这意味着:不管是声明还是定义,函数名前面都不能出现返回值类型,即使是 void 也不允许;函数体中不能有 return 语句。
    • 使用构造函数初始化列表并没有效率上的优势,仅仅是书写方便,尤其是成员变量较多时,这种写法非常简单明了。
    • 成员变量的初始化顺序与初始化列表中列出的变量的顺序无关,它只与成员变量在类中声明的顺序有关。
    • 初始化 const 成员变量的唯一方法就是使用初始化列表。
    • 析构函数(Destructor)也是一种特殊的成员函数,没有返回值,不需要程序员显式调用(程序员也没法显式调用),而是在销毁对象时自动执行。构造函数的名字和类名相同,而析构函数的名字是在类名前面加一个~符号。
    • C++ 中的 new 和 delete 分别用来分配和释放内存,它们与C语言中 malloc()、free() 最大的一个不同之处在于:用 new 分配内存时会调用构造函数,用 delete 释放内存时会调用析构函数。构造函数和析构函数对于类来说是不可或缺的,所以在C++中我们非常鼓励使用 new 和 delete。
    • 同时编译多个文件时,如果变量或函数前加了 static,就会对其它源文件隐藏。利用这一特性可以在不同的文件中定义同名函数和同名变量,而不必担心命名冲突。

    转型、虚函数、多态

    • 类其实也是一种数据类型,也可以发生数据类型转换,不过这种转换只有在基类和派生类之间才有意义,并且只能将派生类赋值给基类,包括将派生类对象赋值给基类对象、将派生类指针赋值给基类指针、将派生类引用赋值给基类引用,这在 C++ 中称为向上转型(Upcasting)。相应地,将基类赋值给派生类称为向下转型(Downcasting)。
    • 有了虚函数,基类指针指向基类对象时就使用基类的成员(包括成员函数和成员变量),指向派生类对象时就使用派生类的成员。换句话说,基类指针可以按照基类的方式来做事,也可以按照派生类的方式来做事,它有多种形态,或者说有多种表现方式,我们将这种现象称为多态(Polymorphism)
    • C++提供多态的目的是:可以通过基类指针对所有派生类(包括直接派生和间接派生)的成员变量和成员函数进行“全方位”的访问,尤其是成员函数。如果没有多态,我们只能访问成员变量。

    参考

    在栈上创建对象还是在堆上:

    https://blog.csdn.net/weixin_33682790/article/details/92378612

    继承方式:

    https://www.cnblogs.com/duwenxing/p/7476469.html

    this的本质:

    http://c.biancheng.net/view/170.html

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