c++_learning-基础部分

基础认识：

语言特性（面向对象编程）：

c++的类（相当于c中的结构体）：

1. 定义类的过程，也被称为定义对象的过程
2. 类，可以像结构体一样定义成员变量，还可以定义该类的函数（方法）
3. 把功能包在类中，需要时通过定义一个对象来调用程序，即基于对象的程序设计
4. 继承性（继承父类后，可以增加新的方法）、多态性，升华了基于对象程序设计，故称为面向对象程序设计。
5. 易扩展、易维护、模块化，通过设置各种级别来限制访问，维护数据安全

三大特性：

1. 封装：数据和代码捆绑在一起，避免外界干扰和不确定性访问，封装可以使代码模块化。
2. 继承：可以通过继承父类的数据和方法，也可以新增、修改继承来的方法（重写和重载），从而提高程序的复用性。
3. 多态：就是让具有继承关系的不同的类对象，可以调用同名的成员函数，并产生不同的响应结果，即多态的目的是接口重用。
   • 静态多态：编译期，函数重载
   • 动态多态：运行期，虚函数重写

c++包含四种编程范式：

面向过程、面向对象、泛型编程、函数式编程（lambda表达式）。

优缺点：

优点：具有强大的抽象封装能力、高性能、低功耗。c++相比于C语言，有类、虚函数、标准库

缺点：语法相对复杂，学习曲线比较陡；需要一些好的规范和范式，否则代码很难维护。

c++程序编译的过程：预处理->编译（优化、汇编）->链接

编译型语言->可执行程序：

1. c++要生成一个可执行文件，需要将 .cpp 经过编译、链接。
2. 每个 .cpp 文件，经过编译后对应一个.obj文件（linux对应的是.o文件），将各个.obj文件链接起来就是.exe可执行文件。

源代码的组织：

1. 头文件.h：#include头文件、函数声明、结构体声明、类声明、模板的声明和定义、内联函数、#define和const定义的常量等。
2. 源文件.cpp：#include<***.h>头文件、函数的定义、类定义。
3. 主程序main：#include需要的头文件，实现主程序和框架。

生成可执行文件的步骤：

预处理： 头文件展开、去注释、宏替换、条件编译等；

预处理的指令有三种，包含的头文件，#include；宏定义，#define（定义宏）、#undef（删除宏）；条件编译，#ifdef、#ifndef。

包含的头文件，#include：

• #include<...>：直接从编译器自带的函数库的目录中寻找文件。
• #include"..."：先从自定义的目录中寻找文件，找不到再从编译器自带的函数库目录中寻找。

注意：编译器会将头文件的内容，复制到包含头文件的文件中。

宏定义，#define：

编译时，编译器会将程序中的宏名用宏内容替换，即宏展开。

1. 无参数的宏：#define 宏名 宏内容。

2. 有参数的宏：#define Max(x,y) ((x)>(y) ? (x):(y))。

   c++中，内联函数inline可以替代有参数的宏，且效果更好。

3. c++ 中常用的宏：

   _FILE_：当前源代码的文件名，即绝对路径
   _FUNCTION_：当前源代码的函数名
   _LINE_：当前源代码的行号
   _DATE_：编译日期
   _TIME_：编译时间
   _TIMESTAMP_：编译时间戳
   _cplusplus：c++程序编译时，该宏就会被定义

条件编译，#ifdef、#ifndef：

#ifdef 宏名     // 如果宏名存在，则执行程序段一，否则执行程序段二程序段一
#else程序段二
#endif#ifndef 宏名     // 如果宏名不存在，则执行程序段一，否则执行程序段二程序段一
#else程序段二
#endif

在c++使用预编译指令#include时，为了防止头文件重复包含（即头文件防卫式声明），两种方式：

1. 用#ifndef指令：受c++语言标准的支持，可以针对文件中的部分代码；
2. 用#pragma once指令放在文件开头：有些编译器不支持，只能针对整个文件，但效率更高；

注意：这种方法仅仅对单个.cpp文件有效，不是整个项目，即只是在编译时防止了重定义。但可能出现链接时的重定义。

编译（只有源文件.cpp才能编译）：

将预处理生成的文件，经过词法分析、语法分析、语义分析以及优化和汇编后，编译成若干个目标文件（二进制文件）。

链接：

将编译生成的目标文件，以及他们所需要的库文件链接起来，生成可执行文件。

更多细节：

1. 分开编译的优点：每次只编译修改过的源文件，然后再链接，效率更高；

2. 编译单个.cpp文件只需知道所用到的变量/函数/类的名称的存在即可，不会将它们的定义一起编译；

   如果函数和类的定义不存在，编译不会报错，但链接会出现无法解析的错误；

3. 链接时，变量、函数和类的定义只能有一个，否则会出现重定义的错误；

   如果把变量、函数、和类的定义放在.h文件中，.h被多次包含，链接前会存在多个副本在不同的.cpp文件中，则链接时会出现重定义错误；

   如果将变量、函数、类的定义放在.cpp文件中，.cpp文件只会被编译一次，链接前不会重复包含，故不会报错；

4. 尽可能不使用全局变量，如果一定要使用，需要在.h文件中声明且要加 extern 关键字，在.cpp文件中定义。

   全局的 const 变量在头文件中定义，且const 变量仅仅对单个文件内有效。

   全局 const 变量和全局变量的区别？

   • 作用域不同：

     1）全局 const 常量只对本文件内有效。

     2）全局变量对所有 #include 头文件的文件有效。

   • 定义方式不同：

     1）全局变量需要在.h文件中声明并加extern关键字，在.cpp文件中定义。

     2）const全局常量直接在本文件中声明和定义。

5. 到底怎么样才能避免重复定义呢？

   关键是要避免重复编译 ，防止头文件重复包含是有效避免重复编译的方法，即不要将同一个.h文件在多个文件中#include。

   但最好的方法还是： 头文件尽量只有声明，不要有定义。这么做不仅仅可以减弱文件间的编译依存关系，减少编译带来的时间性能消耗，更重要的是可以防止重复定义现象的发生，防止程序崩溃。

6. 函数模板 和 类模板的声明和定义，要放在同一个.h文件中。

   函数模板 和 类模板的特化版本的代码，是真实的定义，要放在.cpp文件中。

计算机体系中的存储层级：

内存：

1. 能存储的比特数，取决于集成电路里的元器件的数目。

2. 内存中的资源，会被操作系统进行调用，分配给正在执行的程序
   1）操作系统会给自己预留一部分内存资源；
   2）其余的由其他正在执行的程序进行分配；

3. 程序只能在操作系统分配给它的范围内使用内存：

• 全局变量、程序代码，分配在静态内存区域，即从开始到结束这些内存区域都被占用；

• 程序在运行时，可以向操作系统动态的申请和释放一些内存（堆内存)。

• 局部变量、函数参数返回值等，被分配在栈内存区域，即函数调用栈；

  函数每一次被调用时，在函数调用栈中分配一个大小合适的栈帧（存储这一次的局部变量、参数和返回值)。在函数返回时，释放栈帧的内存。

  注意：递归过深会导致程序崩溃，是因为大量的栈帧未释放，占满了函数调用栈的内存，即stack overflow。

堆、栈的不同用途和区别：

不同用途：

• 栈：空间有限，编译器自动分配，速度较快。
• 堆：只要不超过实际的物理内存，而且在操作系统能分配的最大内存大小内，都可以分配；分配速度慢；通过malloc/free、new/delete来实现。

区别：

1. 管理方式不同：栈是自动管理的，出作用域将被释放；堆需要手动释放，否则可能引发内存泄漏；
2. 空间大小不同：堆的空间大小受限于物理内存空间；栈就小的可怜只有8M（可修改系统参数）；
3. 分配方式不同：堆是动态分配的，需手动释放；栈是静态分配和动态分配，但都是自动释放；
4. 分配效率不同：栈是系统提供的数据结构，由计算机底层支持，进出栈有专门的指令，效率较高；堆是由c++函数库提供的；
5. 是否产生碎片：栈是严格按照（先进后出LIFO）顺序，不会产生碎片；堆频繁的随意分配和释放，会造成内存空间的不连续故容易产生碎片，太多碎片会导致性能下降；
6. 增长方向不同：栈向下增长，以降序分配内存地址；堆向上增长，以升序分配内存地址；

动态内存分配的注意事项：

• 动态分配的内存没有变量名，只能通过指向它的指针来操作内存中的数据；

• 实现：

  1）C语言：通过malloc/free，从堆区申请和释放内存

  void* malloc(int NumBytes)
  // NumBytes：是要分配的字节数
  // 分配成功，返回指向被分配内存的指针，即返回一个地址；分配失败，返回空地址NULL// 当不使用这段内存时，要用free函数，将这段内存释放并被系统回收，需要时再重新分配
  void free(*FirstBytes)
  

  eg. 给申请的100个整型内存空间赋值：

  // 分配400个字节
  int *ptr = (int *)malloc(100*sizeof(int));
  if (ptr != NULL)
  {// 通过指针ptr1，给指向ptr的内存空间赋值int *ptr1 = ptr;for (int i = 0; i < 100; i++){*ptr1++ = int(i);      // 等价于*(ptr1 + i) = i;}// 输出申请的100个整型内存空间的值if (ptr1 != nullptr)   // NULL和nullptr实际上是不同的类型；尽量在涉及指针时，能用nullptr就用{for (int i = 0; i < 100; i++){cout << *(ptr + i) << " ";      }cout << endl;}// 释放申请的内存// ptr = NULL;// delete ptr;free(ptr);
  }
  

  2）c++：用new/delete（运算符（标识符））分配和释放在堆区的内存

  // new使用的一般格式：
  指针变量名 = new 类型标识符;
  指针变量名 = new 类型标识符(初始值);
  指针类型名 = new 类型标识符[内存单元的个数];// delete使用的一般格式：
  new的时候，用[ ]则delete就必须加[ ]（不用写数组的大小）; 
  

  注意：如果动态分配的内存不再使用了，必须delete释放它，否则可能耗尽系统的内存。

可移植性：

1. 编译性语言：编译为二进制文件（可执行文件），执行速度快。

   1）先将源文件逐个编译compile为.obj二进制目标文件，链接link后，生成二进制.exe可执行文件。

   2）源程序 -> 编译器 -> 目标程序 -> 链接器 -> 可执行程序
   

2. 解释性语言：不进行编译，先解释再运行，如python。

进程在内存空间中的布局：

当可执行文件被加载到内存之后，就变成了一个进程。

进程的虚拟地址空间：

• 栈（堆栈/栈区）（地址由高向低生长）：局部变量（每次执行程序时该变量的地址都会发生变化），编译时期即可确定变量的范围，作用域是{}。

  windows系统默认的栈区的大小是1M、Linux默认的栈区的大小是8M / 10M。

• 堆区（地址由低到高生长）：new、malloc等申请的内存空间，需要在运行阶段才能确定变量大小的范围，作用域是整个程序范围内。

  所有系统的堆空间的上限：接近内存（虚拟内存）的总大小的（除了一部分被OS占用）。

• 数据段：全局变量（已初始化的全局变量和BSS段（未初始化的全局变量））、静态成员变量、全局函数的入口地址。

  一些全局量（全局变量、全局函数、类静态成员变量等）的地址值在生成可执行文件时，已经确定好了，不会改变；存放在bss段、数据段等，一旦加载（映射）到内存时，这些地址值都不会发生变化；

• 代码段：存放程序执行代码的一块内存区域。

API：

操作系统预先把这些复杂的操作写在一个函数里面，编译成一个组件（一般是动态链接库），随操作系统一起发布，并配上说明文档，程序员只需要简单地调用这些函数就可以完成复杂的工作。

这些封装好的函数，就叫做API（Application Programming Interface），即应用程序编程接口。

• C语言 API 以函数的形式呈现。
• C++ 是在C语言的基础上进行的扩展，所以 C++ API 既包含函数也包含类。
  

基础语法：

命名空间namespace{...}：

作用：为了防止名字冲突而引入的一种机制。

命名空间分割了全局空间，每个命名空间可以看作一个作用域，可以在不同的命名空间中定义同名的类、函数、模板、变量等。

命名空间的定义，可以不连续，甚至可以在多个文件中；可以在同一个或不同的.cpp文件中，通过打开namespace，添加新的成员函数。

命名空间中，类、函数、模板、全局变量等的分文件编写，与不使用命名空间的做法相同。

调用格式：

// 1、在同一个.cpp文件中
namespace  命名空间名
{// 类、函数、模板、变量的声明和定义
}命名空间名::实体名// 2、在不同的.cpp文件中
using namespace 命名空间名;命名空间名::实体名

注意：

1. 命名空间中声明全局变量，而不是使用外部全局变量和静态变量；

2. 对于using声明，首选将其作用域设置为局部而不是全局；

   namespace 
   {int a = 10;}
   

3. 不要在头文件中使用#using编译指令，非要使用，应该其放在所有的#include之后；

4. 匿名命名空间，从创建的位置到程序结束，都是有效的，且仅仅可以在当前文件中（直接）使用；

   namespace 
   {int a = 10;}int main()
   {cout << a << endl;
   }
   

常用的数据结构及其内存分配：

1. 变量：一块具有类型的内存（类型：数据存储的表示方式，以及你可以对它进行的操作）；
2. 指针：一个内存的地址（指针的类型，可能说明该指针指向的特定类型的变量；void*可以指向任何特定类型的变量）；
3. 引用：可以理解为一种“语法糖”（左值引用/右值引用）；
4. 数组：内存中连续排列的多个同类型变量，数组名称可以作为指向第一个元素的指针；
5. 自定义类型（class/struct）：一组成员变量在内存里的排列方式，以及可以对它进行的操作；
6. 对象：按照特定排列方式，存储在内存里的一组成员变量；

变量与数据类型：

变量是在程序执行过程中可以改变的量，即代表一块内存区域，修改变量值会引起内存区域中内容的改变

变量名：标识内存中的一个具体的存储单元，即地址，方便操作这段内存

数据类型，决定变量分配空间的大小。

基本数据类型：

整型：

有符号整型：short（2 bytes）、int（4 bytes）、long（4 bytes）。

• 机器数 != 真值（补码形式）

  -3：

  机器数：10000000 00000000 00000000 00000011

  真值：11111111 11111111 11111111 11111101

  3：

  机器数：00000000 00000000 00000000 00000011

  真值：00000000 00000000 00000000 00000011

• 补码形式：

  负数的补码：正数的补码 -> 按位取反后+1；

  正数的补码还是正数；
  

无符号整型：unsigned short、unsigned int、unsigned long。

浮点型：

实型 float 4bytes 、双精度 double 8bytes

字符型：

字符char：

用单引号引起来的一个字符，如字符型常量 ‘a’（占用一个字节，存放 a）。

转义字符：‘\\n’ 、‘t’、 ‘\\’。

char [] 和 char*的区别：

1. 地址和地址存储的信息；
   char* str = "hello world"，指向的是字符串常量，会存储在全局区。

   char str[11] = {"hello world"}，存储在栈区。

2. 可变和不可变：

   char*指向的常量可以改变，但常量中的内容不能改变，具体的还要看char*指向的存储区域是否可变。
   char []中的内容可以改变，但整体变量不能改变。

c风格的字符串：

#define CRT_SECURE_WARNINGS
#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;struct Stu
{char* name;	
};
int main()
{Stu stu;// 使用memset函数，将stu.name=nullptr置空memset(&stu, 0, sizeof(Stu));  stu.name = new char[21];char* name = (char*)"yoyoll";strncpy(stu.name, name, sizeof(name));cout << stu.name << endl; delete[] stu.name;stu.name = nullptr;return 0;
}

c语言中，如果字符型char数组的末尾包含了空字符’\0’（即0），那数组中的内容就是一个字符串。

由于字符串必须以'\0'结尾，故声明时要预留1个字节的位置，如char str[21]只能存放20个字符。

// 清空字符串：void* memset(void* buffer, int ch, size_t count);
char name[20];   
memset(name, 0, sizeof(name));  // 会将字符串name中的所有字符置为0，即字符'\0'// 字符串的复制或赋值：
char* strcpy(char* dest, const char* src);   // 将src指向的字符串拷贝到dest所指的地址，复制完字符串后，在dest尾加'\0'
// 注意：如果dest指向的内存空间不够大，则会导致数组越界
char* strncpy(char* to, const char* from, size_t count );  // 将 字符串from 中至多count个字符复制到 字符串to
// 如果 字符串from 的长度小于count，其余部分用'\0'填补；长度大于count，则只会截取前count个字符，且不会在dest后追加'\0'// 获取字符串的长度：
size_t strlen(const char* str);
// 区分：strlen(str)返回字符串str的字符数，而sizeof(str)返回字符串str的字节数。// 字符串的拼接：
char* strcat(char*dest, const char* src); // 注意：如果dest指向的内存空间不够大，则会导致数组越界
char* strncat(char* dest, const char* src, const size_t n);

注意：

1. 处理字符串时，会从起始位置开始搜索，直到找到’\0’即0为止，不会判断是否越界（因大部分函数用char*作为字符串的形参，故无法获取字符串的长度，只知道字符串的起始地址和其以’\0’结尾）；

2. 字符串每次使用前都要初始化，三种初始化的方式导致的不同：
   char* constPtr = "hello"，ptr是一个字符串指针，"hello"被存放在常量区，不可修改；

   char charArr[] = "hello"，charArr是一个字符串数组，存放在栈区，可修改；

   char* charPtr = (char*)malloc(sizeof(6)); strcpy(charPtr, "hello"); ，即"hello"被存放在堆区，可修改；

3. VS中，如果要使用c标准的字符串操作函数，要在源代码前加#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS；

string不是基本数据类型：

c++中string类是封装了c风格的字符串：c++的字符串string中有一个指向动态分配的内存地址指针

c++11中的原始字面量，可以直接表示字符串的实际含义，且不需要转义和连接；语法：R"(字符串的内容)"、R"***(字符串的内容)***"

注意：

1. Visual Studio中，未初始化的栈空间用0xCC填充，而未初始化的堆空间用0xCD填充。
2. 0xCCCC和0xCDCD在中文GB2312编码中分别对应“烫”字和“屯”字。
3. 如果一个字符串没有结束符’\0’，输出时就会打印出未初始化的栈或堆空间的内容，就会出现“烫烫烫”、“屯屯屯”乱码。

关于字符的表示问题，即将字符与相应的数字对应起来：

• ASCII码：

  1）基于拉丁字母的一套电脑编码系统，主要用于显示现代英语和其他西欧语言。

  2）使用指定的7或8位二进制数组合成的0_127和0255的十进制数字，表示可能的字符。

• Unicode编码

  最初的目的是：将世界上的文字都映射到一套字符空间中，并转化成相应的数字存储起来

  为了表示Unicode字符集，有3种（确切的说是5种）Unicode的编码方式：

  1. UTF-8：

  1）1 byte表示一个字符，可以兼容ASCII码

  2）特点：存储效率高，变长（不方便内部随机访问），无字节序问题（可作为外部编码）

  2. UTF-16：

  1）2 bytes表示一个字符，有 UTF-16BE（big endian）、UTF-16LE（little endian）

  2）特点：定长（方便内部随机访问）；有字节序的问题（不可作为外部编码）。

  3. UTF-32：

  1）4 bytes表示一个字符，有UTF-32BE（big endian）、UTF-32LE（little endian）

  2）特点：定长（方便内部随机访问）；有字节序的问题（不可作为外部编码）。

• 编码错误的根本原因：编码方式和解码方式的不统一

布尔类型 bool：

1bytes

无值型 void：

0bytes

非基本数据类型：

数组 type[ ]：

动态创建数组：

1. 使用new 数据类型[]动态创建数组时，需要用delete[] 数组名，来释放动态分配的内存空间。

2. new分配内存时，如果内存不足，会报错导致程序中止。

   在new关键字后添加std::nothrow选项后，则返回的是nullptr，并不会产生异常。

   

3. delete[]中，不需要指定数组的大小，系统会自动跟踪已分配数组的内存。

4. 声明数组时，如果数组的长度是变量，相当于在栈上动态分配数组，并且不需要释放。

一维数组：

初始化：

数据类型 数组名[大小]={ val1, val2, ... }
数据类型 数组名[大小]={ 0 };  // 初始化所有变量为0

数组的本质：

• 数组一段连续的内存空间，且数组名表示该段连续内存的首地址，即数组第0个元素的地址
• 指针的值是可以修改的（除了常量指针和常量常指针），但数组名是常量，不可修改

数组的指针表示法：

• c++编译器的解释：地址名[下标]，即(地址名+下标)；

• 数组名[下标]，即*(数组名+下标)；

  举例：(&arr[2])[2] --> arr[4]、char arr[10]; char* ptr = arr; cout << *(ptr + i) << endl;。

// 清空数组：（最常用来初始化清空一个字符串）
void* memset(void* s, int val, size_t bytes_num);// 拷贝数组：
void* memcpy(void* dest, void* src, size_t bytes_num);// 数组的排序qsort：（快速排序）
void qsort(void *base, int nelem, int width, int (*fcmp)(const void* p1, const void* p2));
/*
qsort函数中，第四个参数回调函数决定了排序的顺序：返回值 < 0，p1会排在p2的前面；返回值 == 0，p1和p2的顺序不确定；返回值 > 0，p2会排在p1的前面；
注意：回调函数中的void*必须具体化，即转化为具体的数据类型才能使用。qsort()函数中，为什么要传入第三个参数？
答：因为qsort不知道数数组的具体类型，故在“回调函数内部是通过内存块操作数据”的，交换两个数据是通过memcpy()函数实现的，而不是数据类型。
*/#include <iostream> 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
using namespace std;void Print(int* ptr, size_t size)
{if (ptr == nullptr) { return; }for (int i = 0; i < size; ++i){cout << *(ptr + i) << ",";}cout << endl;
}/*返回值 < 0，p1会排在p2的前面返回值 > 0，p2会排在p1的前面返回值 == 0，p1和p2的顺序不确定
*/
int cmpAsc(const void* p1, const void* p2)
{return (*(int*)p1 - *(int*)p2);
}
int cmpDesc(const void* p1, const void* p2)
{return (*(int*)p2 - *(int*)p1);
}int main(int argc, char *argv[])
{int arr[10] = { 1,4,5,0,2,9,3,7,6,8 };qsort(arr, sizeof(arr) / sizeof(int), sizeof(int), cmpAsc);size_t size = sizeof(arr) / sizeof(int);Print(arr, size);qsort(arr, sizeof(arr) / sizeof(int), sizeof(int), cmpDesc);Print(arr, size);return 0;
}

二维数组：

在内存中，是以行优先的形式，存放在连续的内存空间中的。

可用一维数组的方法查看二维数组，只需二维数组的首地址和大小即可。

#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;int main()
{int m = 2; int n = 3;int arr[m][n];memset(arr, 0, sizeof(arr));arr[0][2] = 1; arr[1][2] = 2;int* ptr = (int *)arr;for (size_t i = 0; i < 6; ++i){cout << *(ptr + i) << ",";}return 0;
}

二维数组用于函数形参列表：

// 行指针：
数据类型 (*行指针名)(行大小) = &一维数组名;    // 行大小即数组长度；&一维数组名，即数组的地址，也是行地址
int arr[2][3];    
int(*p)[3] = arr;   // arr是二维数组的首地址，即0号元素的地址      // 将二维数组传递给函数：
void func(int(*p)[3], ...);
void func(int p[][3], ...);

三维数组：

int arr3D[2][3][4];
memset(arr3D, 0, sizeof(arr3D));int (*p)[3][4] = arr3D;
void func(int(*p)[3][4], ...);

指针 type *：

指针变量：

简称指针，是一种特殊的变量，专用于存放变量在内存中的起始地址。

语法：数据类型 *变量。

对指针的赋值：

• 任何数据类型的地址都是以十六进制存储在内存中的
• 指针变量 = &变量
• 不同的指针存放不同类型变量的地址

指针占用的内存：

• 指针也是变量，故需要占用内存
• 64位操作系统中，指针变量占用的都是8 bytes
• 指针存放变量的地址，指针名表示的就是该地址（就像变量名表示变量的值一样）
• *解引用，用于指针可以获取该地址中的值。

使用指针的两个目的：

// 传递地址：
int* p;              // 整型指针
int* p[3];           // 一维整型指针数组，元素是3个整型指针p[0]、p[1]、p[2]
int(*p)[3];          // 一维整型数组指针，用于指向数组长度是3的整型数组
int* p();            // 返回值类型是整型的，函数p的地址
int(*p)(int, int);   // p是函数指针，函数返回值是整型int// 存放动态分配的内存地址：
int* p = new int(3);

二级指针：

指针用于存放普通变量的地址，二级指针用于存放指针变量的地址。

#include<iostream>
using namespace std;int main() 
{int* p = 0;{int** pp = &p;*pp = new int(3);cout << pp << ", " << *pp << endl;}cout << p << ", " << *p << endl;return 0;
}

空指针：

声明指针后，赋值前，指针指向空，即没有任何地址。

对空指针进行解引用，程序会崩溃。

1. 函数中，应该有判断形参是否为空指针的代码，目的是保证程序的健壮性。
2. 为何访问空指针会出现异常？
   • NULL指针分配的分区，范围是0x00000000 ~ 0x0000FFFF，该段是空闲的空间且没有相应的物理存储器与之对应。
   • 对该段的空间的任何操作，都会引发异常。
   • 需要人为的划分一个空指针区域，即NULL指针分区。

对空指针使用delete运算符，系统会忽略该操作，不会出现异常。内存被释放后，应将该指针指向空。

注意：c++11建议用nullptr表示空指针也就是(void*)0，NULL当作0使用。

野指针：

野指针指向的是非有效的地址，故访问的时候程序可能会崩溃。

出现野指针的情况主要有三种：

1. 指针在定义的时候，如果没有初始化，它的值是不确定的（乱指的），故如果指针初始化时，不知道指向哪，就指向nullptr。
2. 如果用指针指向了动态分配的内存，内存被释放后，指针不会置空，但指向的地址是无效的，故动态分配的内存被释放后需要将其置空nullptr。
3. 指针指向的变量已超越变量的作用域，即变量的内存空间已经被系统回收，故函数不要返回局部变量的地址。

野指针的危害比空指针大，故需要避免，否则会造成程序的不稳定。

函数指针：

函数的二进制代码放在内存分区的代码段，函数的地址是其在内存中的首地址。

使用函数指针步骤：

// 声明函数指针：
int(*funcPtr)(int, int)// 让函数指针指向函数的地址：
int maxValue(int val1, int val2) { return (val1 > val2 ? val1 : val2) };
funcPtr = maxValue;// 通过函数指针调用函数：
int res = funcPtr(5, 1) // 或 (*funcPtr)(5,1);

主要用于：给函数传递函数指针作为参数，并在函数内部使用该函数指针，达到调用该函数的目的。

#include <iostream>
using namespace std;template <typename T>
bool ascending(T x, T y) 
{return x > y; 
}template <typename T>
bool descending(T x, T y) 
{return x < y;
}template<typename T>
void bubblesort(T* a, int n, bool(*cmpfunc)(T, T)=ascending){bool sorted = false;while(!sorted){sorted = true;for (int i=0; i<n-1; i++){if (cmpfunc(a[i], a[i+1])) {std::swap(a[i], a[i+1]);sorted = false;}n--;}
}int main()
{int a[8] = {5,2,5,7,1,-3,99,56};int b[8] = {5,2,5,7,1,-3,99,56};bubblesort<int>(a, 8, ascending);for (auto e:a) { cout << e << " " };cout << endl;bubblesort<int>(b, 8, descending);for (auto e:b) { cout << e << " " };return 0;
}
// -3 1 2 5 5 7 56 99 
// 99 56 7 5 5 2 1 -3  

引用 type &：

使用指针存在的问题：空指针、野指针、容易改变指针指向的值却在继续使用。

引用是c++新增的复合类型，是指针常量（不允许修改指针的指向）的伪装：“引用int& ra = a <==> 指针常量int* const rb = &a”。

int x1 = 2;
int x2 = 3;// 引用使用时，必须初始化，而且一个引用永远指向它初始化的那个对象
int& x3 = x1;
cout << x1 << "," << x3 << endl;x3 = x2;
cout << x1 << "," << x3 << endl; 

• 使用引用，则不存在空引用、必须初始化、一个引用永远指向它初始化的那个对象。
• 引用，可以认为是变量别名，修改引用的值同时也会改变原变量的值。

函数传递参数的说明：

• 对内置基础类型而言，在函数中传递时pass by value更高效；
• 对面向对象中自定义类型而言，在函数传递中pass by reference to const更高效；

疑问：

• 有了指针，为什么还需要引用？为了支持运算符重载。
• 有了引用，为什么还需要指针？为了兼容c语言。

创建引用的语法：

数据类型& 引用名 = 原变量名：

• 引用名 和 原变量名的数据类型、值、内存单元相同；
• 必须要在声明引用的时候初始化，且初始化后不可改变；

引用用于函数的参数：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std; void funcByValue(int age, string name)
{age = 21;name = "wowo";
}
void funcByQuote(int& age, string& name)
{age = 21;name = "wowo";
}
void funcByAddr(int* age, string* name)
{*age = 21;*name = "wowo";
}int main()
{int age = 10;string name = "yoyo"; cout << age << "," << name << endl;funcByValue(age, name);cout << age << "," << name << endl;funcByQuote(age, name);cout << age << "," << name << endl;funcByAddr(&age, &name);cout << age << "," << name << endl;return 0;
}

1. 把函数的形参声明为引用，调用函数时，形参将是实参的别名，该方法称为引用传递。

2. 引用的本质是指针常量，传递过程中，传递的是变量的地址，故函数中对形参的修改会影响实参。

3. 传值、传地址、传引用相比，引用传递的优点：

   1）传引用更简洁，且避免了不必要的值拷贝；

   2）引用传递避免了二级指针；

   #include <iostream> 
   using namespace std; void funcByQuote(int*& p)
   {p = new int(3);cout << *p << endl;
   }
   void funcByAddr(int** p)
   {*p = new int(3);cout << **p << endl;
   }int main()
   {int* p = nullptr;funcByQuote(p);funcByAddr(&p);return 0;
   }
   

4. 引用传入函数的形参用const修饰：

   作用：

   1. 引用为const时，c++将创建临时变量，并让引用指向临时变量。何时创建临时变量？

      1）引用的数据对象类型不匹配：c++会创建正确类型的匿名变量，将实参的值传递给匿名变量，并让形参来引用该变量；

      2）引用的数据对象类型匹配，但不是左值；

      const int& val = 8;
      // 等价于
      int tmp = 8;
      const int& val = tmp;
      

   2. 如果不想函数修改引用传入的实参，可以在形参列表中数据类型前加const修饰；

   void funcByQuote(const int& val1, const int& val2);
   

   原因：

   1）使用const，可以避免函数中无意修改数据而造成的错误；

   2）使用const，函数能正确的生成临时变量；

   3）使用const，函数就能够处理const和非const实参，否则只能接受非const实参；

引用用于函数返回值：

• 如果返回局部变量的引用，本质上是野指针；

• 可以返回函数的引用形参、类的成员、全局变量、静态变量；

  #include<iostream>
  #include<string>
  using namespace std;struct Stu
  {string name;int age;
  };// 返回函数的引用形参
  ostream& operator<<(ostream& out, const Stu& stu)
  {out << stu.name << ":" << stu.age << endl;return out;
  }int main()
  {Stu stu{"wowo", 12};cout << stu << endl;return 0;
  }
  

• 如果不希望返回引用被利用，可在其前面加const；

  #include<iostream> 
  using namespace std; int& func1(int& n)
  {return ++n;
  }
  const int& func2(int& n)
  {return ++n;
  }int main()
  {int a = 1;int& b = func1(a);cout << func1(a) << "," << a << "," << b << endl;func1(a) = 10;cout << func2(a) << "," << a << "," << b << endl;const int& b2 = func2(a);// func2(a) = 12; // error: assignment of read-only location ‘func2(a)’cout << func2(a) << "," << a << "," << b << endl;return 0;
  }
  

类 class / 结构体 struct：

类/结构体中的每个变量都有自己独立的内存。

类/结构体数据对齐的问题：

1. 遵循“缺省对齐”的原则。
2. 32位CPU中，char可以占用任何地址、short可以占用偶数地址、int占用4的整数倍的地址、double占用8的整数倍的地址。

类/结构体内存布局：

1. 32位CPU是以4字节为一个单位的，故内存布局在默认情况下，一般不是紧密排列的。
2. 内存布局“遵循最大数”原则，即类中如果有double属性，则占用的总内存是8的倍数。
3. 可以通过#pragma pack(n)中，通过设置不同的n，来表示内存排列的紧密程度；n=1，表示内存是紧密排列的。

结构体中的全部成员清零：

struct student 
{int age;char name[21];
}// void* memset(void* dest, int ch, size_t count)，只适用于结构体成员是c++的基本数据类型
student stu1;
memset(&stu, 0, sizeof(student));
student stu2;
memcpy(&stu2, &stu1);

复制结构体：

可以用=或void memcpy(void* dest, void* src)函数。

结构体指针：

struct student
{char name[21];int age;
}student stu;
student* stuPtr = &stu;
(*stuPtr).name;
stuPtr->name;

结构体数组：

struct student 
{char name[21];int age;
}student stu[3];stu[0].name;
(stu + i)->name;
(*(stu + i)).name = "ssuu";

结构体中的指针：

#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;struct PtrStruct
{int a;int* ptr;
};int main()
{PtrStruct ptrStruct;// 会将结构体中的a=0，ptr=nullptrmemset(&ptrStruct, 0, sizeof(PtrStruct));  ptrStruct.ptr = new int[20];// 如果结构体中的指针已经动态分配了内存空间，再用memset清零时，需要逐个字段清零ptrStruct.a = 0;  memset(ptrStruct.ptr, 0, 20 * sizeof(int));  return 0;
}

1. 结构体中的指针指向的是动态分配的内存地址，对结构体直接用memset()函数可能会造成内存泄露，要逐个字段分情况的进行memset()清零。
2. 类(class)只使用构造函数进行初始化，不要调用memset进行清零操作。
3. 用memset清零时，会将结构中所有字节置0，如果结构体中有虚函数或结构体成员中有虚函数，则会将虚函数指针置0/置空，后续程序调用虚函数，空指针很可能导致程序崩溃！！！

联合体 union：

#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std; struct widget
{char brand[20];int type;union id{long id_num;char id_char[21];}id_val;
};int main()
{widget prize; cin >> prize.type;if (prize.type == 1) { prize.id_val.id_num = 12;cout << prize.id_val.id_num << endl;} else {strncpy(prize.id_val.id_char, "hello", 6);cout << prize.id_val.id_char << endl;}return 0;
}

• 共用体是一种数据格式，它能存储不同的数据类型，但只能同时存储其中的一种类型，即共用体只能存储int、long或double，而结构体可以同时存储int、long和double。
• 联合体中的数据共享一块内存，且共同体占用内存的大小是它最大的成员占用的内存大小，且要满足内存对齐原则。
• 联合体中的值为最后被赋值的那个成员的值。

匿名共用体：

struct widget
{char brand[20];int type;union     // 在定义时，创建匿名联合体变量，也可以嵌套在结构体中// 其成员位于相同地址的变量，故每次只有一个成员是当前的成员{ long id_num;char id_char[20];};
};int main()
{widget prize; if(prize.type == 1)cin >> prize.id_num;   elsecin >> prize.id_char;
}

枚举 enum：

enum不仅能够创建符号常量，还能定义新的数据类型。

使用细节：

// 创建枚举类型wt，默认从0开始，还可以任意设置枚举量的值但必须是整数
enum wt{Monday, Tuesday, Wednesday, Thursday, Saturday, Sunday};// 创建枚举变量，并赋初始值
wt weekday = Monday;
weekday = wt(1);           // 此时weekday = Tuesday

1. 枚举值不可以做左值。
2. 枚举变量可以赋值给非枚举变量，非枚举值不可以赋值给枚举变量。

符号常量 #define 或 const：

const常量：声明为常量的变量是只读的。

// 常量指针：不能通过解引用的方法修改内存中的值，但可尝试使用原始的变量修改。
const 数据类型* 变量名;// 指针常量（引用）：指向的变量不可改变，但可通过解引用修改变量在内存中的值；定义时必须初始化，否则没有意义。
数据类型* const 变量名;// 常指针常量（常引用）：指向的变量不可改变，也不能通过解引用修改变量在内存中的值。
const 数据类型* const 变量名;	

常量表达式constexpr：c++11引入，在编译时就会求值，提高了系统的性能。

c++11新增的long long类型：

• VS中，long类型占4 bytes，long long类型占8 bytes。
• linux中，long类型和long long类型，都占用了8 bytes。

自动推导类型：

c++11中，编译器在编译期时，推导auto声明的变量的数据类型，故不会造成程序运行效率的下降。

注意：

• auto声明的变量，必须在定义时初始化；
• 初始化的右值，可以是具体数值，也可以是表达式和函数的返回值；
• auto不能作为函数的形参类型；
• auto不能直接声明数组；
• auto不能定义类的非静态成员变量；

auto的真正用途：

• 代替冗长复杂的变量声明；

• 代替函数指针类型；

  #include <iostream>
  using namespace std;int func(int val1, int val2)
  {return val1 + val2;	
  }
  int main()
  {/*数据类型的别名：typedef 类型名 新的类型名;如typedef unsigned int size_t，为了避免类型名太长，造成代码可读性下降。*/// typedef定义函数类型typedef int(f)(int,int);f* fPtr1 = &func;cout <<	fPtr1(1,2) << endl;// typedef定义函数指针类型typedef int(*fPtrType)(int,int);fPtrType fPtr2 = func;cout << fPtr2(1, 2) << endl;// 声明函数指针：int(*fPtr3)(int,int);fPtr3 = func;   // 定义函数指针；cout << fPtr3(1, 2) << endl;// 通过右值，auto能自动推导出函数指针类型auto fPtr4 = func;cout << fPtr4(1, 2) << endl;return 0;
  }
  

• 用于lambda表达式；

void关键字：

void表示无类型，主要有如下用途：

1. 函数返回值用void，表示函数没有返回值

2. 函数形参：

   填void，表示函数不需要参数（或让参数列表是空）；

   填void*，表示接受任意数据类型的指针；（要将void*类型转换成其他类型，需要显式转换）

3. 其他类型的指针 --> void*指针，不需要转换；void*指针 --> 其它类型的指针，需要转换。

零初始化：

• 零初始化值：int ==> 0、指针 ==> nullptr、bool ==> false。
• 三种零初始化方式：int a = {}、int a = int()、int a{}。

类型转换：

c的类型转化：

• 隐式类型转换：如double f = 1.0 / 3；
• 显式类型转换：(类型说明符)(表达式)；

存在的问题：任何类型之间都能进行转换，且编译器无法判断其正确性

c++的类型转换：

自动/隐式类型转换：

系统自动进行，不需要开发人员介入。

强制类型转换：

强制类型转换名<type> (express)

static_cast（最常用）：

静态类型转换：编译的时候就会进行类型转换检查。不会产生动态类型转换的类型安全检查的开销。与c语言中的强制类型转换，差不多。

用途：

1. 相关类型转换，比如整型和实型转换；

   int i = 5;
   double d = static_cast<double>(i);double d = 5.0;
   int i = static_cast<int>(d);
   

2. 类中子类与父类之间的转换，且只能是子类转换为父类；

   class A
   {. . . . 
   }
   class B : public A
   {. . . .
   }B b;
   // 子类能转换为父类
   A a = static_cast<A>(b);
   

3. void*与其他类型的指针之间的转换；

   int a = 10;
   void* ptr_int = &a;
   double* ptr_double = static_cast<double*>(ptr_int);
   

   • void*无类型指针可以指向任何指针类型（即万能指针）

   • 主要用于函数的形参中用void*，即“实参的类型指针->void*指针->函数中使用的类型指针”

     // 其他类型指针 -> void* -> 其他类型指针
     void func(void* ptr)
     {double* ptr_double = static_cast<double*>(ptr);
     }int main()
     {int a = 10;func(&a);
     }
     

注意：一般不能用于指针类型之间的转换，比如int *、float *、double *等

int a = 10;
double* ptr_double = static_cast<double*>(&a);
// 会报错，static_cast不支持不同类型指针之间的转换

reinterpret_cast：

重新解释，将操作数的内容解释为另一种不同的类型（可以处理无关类型的转换），且编译时就会进行类型转换检查。

• 不检查指向的内容，也不检查指针类型本身。
• 但要求转换前后的类型所占用的内存大小一致，否则会引发编译时错误。
• <目标类型>和(表达式)中必须有一个似乎指针/引用类型。
• 不能丢掉(表达式)中的const和volitale属性。

常用与两种转换：

void func(void* ptr)
{long long i = reinterpret_cast<long long>(ptr);cout << i << endl;
}int main()
{long long i = 10;// 要求转换前后，类型占用的字节数一致。这里，long long占用8字节、指针也占用8直接func(reinterpret_cast<void*>(i));
}

• 将指针/引用转换成整型变量。
• 将整型变量转换成指针/引用。
• 改变指针/引用类型，不需要像static_cast要借助void*。

dynamic_cast：

1. 动态转换，主要用于运行时，类型识别和检查。
2. 只能用于含有虚函数的类，必须用在多态体系中，用于类层次间的向上和向下转换（向下转换时，如果是非法的指针则返回NULL）。
3. 主要用于父类和子类之间的转换（父类指针指向子类对象，通过dynamic_cast把父类指针转换为子类指针）。

const_cast：

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
using namespace std;int main()
{string str1(5, ' ');string str2 = "123";strncpy(const_cast<char*>(str1.data()), str2.c_str(), str2.size()); cout << str1 << ",";return 0;
}

只能去除指针 或者 引用的const属性。

const int a1 = 1;
// int a2 = const_cast<int>(a1);   //  报错，a1不是指针或者引用const int* a2 = &a;
int* a4 = (int*)(a2);   // C风格的强制转换
int* a3 = const_cast<int*>(a2);   // c++风格的强制转换

总结：

• c++推出的类型转换替换c风格的类型转换，采用更严格的语法检查，降低使用风险。
• 一般static_cast和reinterpret_cast，能够很好的取代C语言风格的类型转换。

静态变量：

• 静态变量的存储方式和生命周期：属于静态存储方式，其存储空间为内存中的静态数据区；该区域的数据在整个程序的运行期间不会释放，所以其生命周期为整个程序运行时间段。

• 静态局部变量：定义在函数体内的变量。

  1）当对静态局部变量进行初始化时，只初始化一次，且必须是常量或常量表达式；

  2）局部静态变量，编译阶段不分配内存；只有在执行并且调用其所在的函数时，才会分配内存；

• 全局变量与静态全局变量：两者的区别是作用域不同。

  1）非静态全局变量的作用域是整个源程序，当一个源程序由多个源文件组成时，非静态的全局变量在所有源文件中都是有效的；

  2）静态全局变量只在定义该变量的源文件内有效，可以增加安全性和避免不同源文件同变量名冲突问题。

静态、动态分配内存：

动态内存分配：

运行期间分配，程序结束前，必须释放内存分配的空间，否则会造成内存泄露。

程序执行较慢，因内存在程序执行时，才进行分配（一般分配的是连续的内存空间）。

指向动态分配的内存空间的指针，在使用完成后需要程序员释放掉，否则会造成内存泄漏。

动态内存分配的注意事项：

堆、栈的不同用途和区别：

1. 栈：空间有限，编译器自动分配，速度较快。
2. 堆：只要不超过实际的物理内存，而且在操作系统能分配的最大内存大小内都可以分配；分配速度慢；通过malloc/free、new/delete来实现。

实现：

C语言：

通过malloc/free从堆区申请和释放内存，malloc(memory allocation)动态内存分配。

void* malloc(int NumBytes)   // NumBytes：是要分配的字节数
// 分配成功，返回指向被分配内存的指针；分配失败，返回NULL

当不使用这段内存时，要用void free(*FirstBytes)函数，将这段内存释放并被系统回收，需要时重新分配。

char* ptr = (char*)malloc(13 * sizeof(char));   // 在堆中分配四个字节if (otr != nullptr)
{strcpy_s(ptr, 13, "hello world!");cout << ptr << endl;// 释放内存ptr = nullptr;free(ptr);
}

给申请的100个整型内存空间赋值：

// 给申请的100个整型内存空间赋值0-100
// 分配400个字节
int* ptr = (int*)malloc(100 * sizeof(int));
if (ptr != nullptr)
{// 通过指针ptr1，给指向ptr的内存空间赋值int* ptr1 = ptr;for (int i = 0; i < 100; i++){*ptr1++ = int(i);      // 等价于*(ptr1 + i) = i;}// 输出申请的100个整型内存空间的值if (ptr1 != nullptr){for (int i = 0; i < 100; i++){cout << *(ptr + i) << " ";      }cout << endl;}// 释放申请的内存  free(ptr); ptr = nullptr;
}

c++语言：

用new/delete（运算符（标识符））分配和释放在堆区的内存。

// new使用的一般格式：
// 1. 申请一个堆区的内存：
指针变量名 = new 类型标识符;
指针变量名 = new 类型标识符(初始值);
// 2. 申请一些连续的堆区的内存：
指针类型名 = new 类型标识符[内存单元的个数];

new：动态的分配内存，然后调用对应的构造函数（递归调用各个成员变量的构造函数）（编译器自动进行）。new类对象时，加不加括号的差别：

A* a1 = new A();     // 加圆括号
A* a2 = new A;       // 不加圆括号

1. 如果new一个空类，则两种方式并无区别。
2. 如果类中含有成员变量，则带括号的初始化会将一些成员变量相关的内存清零，但并非所有内存空间全部清零（虚函数表指针不能清零）。
3. 当类中有构造函数时，带/不带圆括号完全相同。

delete：调用对应的析构函数（编译器自动进行），然后释放内存。

注意：两者void* operator new(size_t size)、void* operator new[](size_t size)，内部函数体相同，只是编译器推导出的size（字节数）不同。

nullptr：

c++11引入的新关键字nullptr，代表空指针；NULL：也代表空指针，实际上是整型数0。

• 引入nullptr，能够避免整数和指针之间发生混淆。
• NULL和nullptr实际上是不同的类型，之后涉及指针时就用nullptr。

动态分配内存的布局：

除了需要的内存外，为了管理动态分配的内存故还需要一些额外信息（频繁的动态分配会造成资源的极大浪费，特别是申请小块内存时）。

malloc与free的实现原理：

1. malloc底层是brk、mmap系统调用实现的，free底层是unmap系统调用实现的。

2. malloc小于128k的内存，使用brk分配内存（将数据段(.data)的最高地址指针_edata往高地址推）；

   malloc大于128k的内存，使用mmap分配内存，在堆和栈之间（称为文件映射区域的地方），找一块空闲内存分配；

   这两种方式分配的都是虚拟内存，没有分配物理内存。当第一次访问已分配的虚拟地址空间时，会发生缺页中断，操作系统负责分配物理内存，并建立虚拟内存和物理内存间的映射关系。

3. 操作系统中有一个记录空闲内存地址的链表。当操作系统收到程序的申请时，就会遍历该链表并寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，将该结点从空闲结点链表中删除并分配给程序。

被free回收的内存是立即返归还操作系统吗？

不是的，被free回收的内存会首先被ptmalloc使用双链表保存起来，当用户下一次申请内存的时候，会尝试从这些内存中寻找合适的返回。这样就避免了频繁的系统调用，占用过多的系统资源。

同时ptmalloc也会尝试对小块内存进行合并，避免过多的内存碎片。

静态内存分配：

• 编译阶段分配，并在程序结束时自动归还给系统。
• 较快，因程序在编译阶段即已决定内存所需要的容量，但这容易造成内存的浪费。

内存泄露的问题：

一般程序中已动态分配的堆内存，由于某种原因程序未能及时释放或者无法释放，造成系统资源的浪费，导致程序运行速度减慢甚至系统崩溃。

内存泄漏在服务器上尤为明显，因服务器上的程序一旦运行不能随意中断，故不断泄露内存会使系统资源被极大的占用和浪费，导致出现程序运行速度减慢或者崩溃的问题。

数据的输入输出控制：

使用控制字符：

#include <iostream> cout << setprecision(3) << ...              // 保留三位有效数字
cout  << fixed << setprecision(3) << ...    // 保留小数点后三位有效数字
cout  << scientific << setprecision(3) << ...  // 小数点后三位有效数字的科学计数
cout  << setfill('%') << setw(5) << num1 << nnum2 << endl;

cout的输出顺序（自左向右），计算顺序（自右向左）：

• cout作为输出流，先将数据从右向左读入缓冲区，再从缓冲区读写到屏幕（类似堆栈）。

• cout本质上是类ostream的一个对象。

  
  备注
  一般形式：
  void *malloc(int NumBytes)
  // NumBytes：是要分配的字节数
  // 分配成功，返回指向被分配内存的指针；分配失败，返回NULL
  #include<iostream>
  #include<cstdio>// 宏定义namespace x {}：
  #define BEGINS(x) namespace x {
  #define ENDS(x) } // 命名空间SelfCout：
  BEGINS(SelfCout)class ostream 
  {
  public:// 返回值为ostream&，可使“<<运算符”连续使用ostream& operator<<(int x);ostream& operator<<(const char *x);
  };ostream& ostream::operator<<(int x) {printf("%d", x);return *this;
  }ostream& ostream::operator<<(const char *x) {printf("%s", x);return *this;
  }
  ostream cout;  // cout是类ostream的一个对象ENDS(SelfCout)int main()
  {int n = 123, m = 456;std::cout << n << " " << m; std::cout << std::endl;SelfCout::cout << n << " " << m; std::cout << std::endl;return 0;
  }
  

c++的关键字：

c++的运算符：

按运算性质：算数运算符、自增自减、赋值运算符（/=、%=）、关系运算符、逻辑运算符（&&、||、！）、位运算符（右移操作比较复杂（逻辑右移、算数右移：左边空缺位的填充不同）、左移操作（直接给右边的空缺位补0））、杂项运算符。

按运算对象：单目运算符（一个运算对象）、双目运算符（两个类型相同的运算对象）、三目运算符（条件运算符 condition ? X : Y）。

其他运算符：

1. 字节数运算符sizeof ，返回变量的大小；
2. 指针运算符&var ，返回变量的地址；
3. 指针运算符*var ，返回变量var；

结构体、类：

结构变量、对象：一块能够存储数据，且具有某种类型的内存空间。

• c中，定义一个属于该结构的变量，称为结构变量。
• c++中，定义一个属于该类的变量，称为对象。

c++中，结构体和类具有相似性，区别主要有两点：

1. 内部的成员变量、成员函数，默认的访问权限不同：结构体 – public、类 – private。
2. 继承，默认的权限不同：结构体 – public、类 – private。

结构体：

// 使用结构体作为函数的形参 
struct Student
{int num;char name;
} student;void func1(Student tempStu)   // 结构体作为函数的形参
{tempStu.num = 20;strcpy_s(tempStu.name, sizeof(tempStu.name), "lisi");
}
// 效率低，因为在实参传递给形参时，发生了内存内容的拷贝操作 
func1(student);void func2(Student& tempStu)  // 函数的形参变为结构体引用
{tempStu.num = 20;strcpy_s(tempStu.name, sizeof(tempStu.name), "lisi");
}  
func2(student);void func3(Student* tempStu)  // 指向结构体的指针做函数参数
{tempStu->num = 20;strcpy_s(tempStu->name, sizeof(tempStu->name), "lisi");
}   
func3(&student);

静态对象与全局对象的构造顺序：

函数/类中的静态对象：

• 多次调用函数，静态对象只会创建一次，即一个函数的静态局部变量在函数被多次调用时只初始化一次。

  #include <iostream>
  using namespace std;void func()
  {static int a = 1;   // 多次调用函数，静态对象只会创建一次++a;cout << a << " ";
  }int main()
  {func(); func(); func(); // 2 3 4return 0;
  }
  

• 类中的静态对象只有声明且定义后，才能被调用。

全局对象的构造顺序：

• 如果项目中，有多个.cpp文件且每个源文件中都定义了不同的全局对象，则这些全局对象的构造顺序是无规律的；
• 不能在构造某个全局对象时，直接使用另一个全局对象（无法确定该对象是否在使用前被构造）；

临时对象：

产生临时对象的情况和解决：

1. 以传值的方式给函数传递参数；

2. 类型转换生成的临时对象；

   类名 obj;
   obj = 100;   // 这里产生了一个真正的临时变量，后干了三件事：
   // 1）用100创建一个该类的临时对象
   // 2）调用拷贝赋值运算符把这个临时对象里的各个成员赋值给obj对象
   // 3）调用析构函数，销毁创建的临时对象// 把定义对象和给对象赋值放在同一行：
   // 这就为obj对象预留了空间，避免了使用临时对象
   类名 obj =100;
   

3. 隐式类型转换以保证函数调用成功；

4. 函数返回局部对象时；

注意：c++中，只会为const引用（const string& str）产生临时对象；不会为非const引用（string& str）产生临时对象。

深、浅拷贝的问题：

浅拷贝：只拷贝指针地址

• c++默认为每个类生成的“拷贝构造函数”与“重载的赋值运算符”，都是浅拷贝。
• 优点：节省空间；缺点：容易引发多次释放、内存泄漏的问题。

深拷贝：重新分配内存，拷贝指针指向的内容

• 缺点：浪费空间；优点：不会导致多次释放；

#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;class Stu
{
public:int age;string name; char* phone;   // 使用堆区开辟的内存空间
public:Stu() : age(0), name(""), phone(nullptr){cout << "default constructor" << endl;}Stu(int m_age, string m_name, char* m_phone) : age(m_age), name(m_name){this->phone = new char[sizeof(m_phone)];memcpy(this->phone, m_phone, sizeof(m_phone));cout << "with the constructor" << endl;}Stu(const Stu& stu){this->age = stu.age;this->name = stu.name;/*// 此时，会存在“浅拷贝”的问题，如果Stu stu3(stu2)中stu2先释放，stu3.phone的使用就会崩溃this->phone = stu.phone;  */// 深拷贝：this->phone = new char[sizeof(stu.phone)];memcpy(this->phone, stu.phone, sizeof(stu.phone));cout << "copy constructor" << endl;}~Stu(){delete[] this->phone;this->phone = nullptr;cout << "destructor" << endl;} friend ostream& operator<<(ostream& out, const Stu& stu);
};ostream& operator<<(ostream& out, const Stu& stu)
{out << stu.age << "," << stu.name << "," << stu.phone << endl;return out;
}int main()
{Stu stu1;Stu* stu2 = new Stu(12, "wowo", (char*)"121212");Stu stu3(*stu2);delete stu2;  // 如果Stu类的拷贝函数中存在“浅拷贝”的问题，则stu2先释放，stu3.phone的使用就会崩溃cout << stu3 << endl;return 0;
}

如何兼顾两者的优点：

1. 引用计数：会带来额外的内存开销；

2. c++新标准中，std::move()移动语义；

   const int len = 100;class String 
   {
   public:// 普通构造函数String(const char* str = NULL){if (str == NULL){this->data = new char[1]this->data = '\0';}else {int len = strlen(str.data);// 字符串结束符'\0'占一字节this->data = new char[len + 1]; strcpy(this->data, str);}}// 拷贝构造函数String(const String& str){int len = strlen(str.data);// 字符串结束符'\0'占一字节this->data = new char[len + 1]; if (this->data != NULL){strcpy(this->data, str);}else {exit(-1);}}// 赋值运算符String& operator=(const String& str){if (this->data != &str){delete[] this->data;this->data = new char[strlen(str.data)+1];if (!this->data){strcpy(this->data, str.data);}}return *this;}// 移动构造函数String(String&& str){if (str.data != NULL){// 资源的让渡this->data = str.data;str.data = NULL;}}// 移动赋值运算符String& operator=(String&& str){if (this->data != NULL){delete[] this->data;// 资源的让渡this->data = str.data;str.data = NULL;}return *this;}virtual ~String(){if (this->data != NULL){delete[] this->data;this->data = nullptr;}}
   public:char* data;
   }int main()
   {String str1("hello");String str2(std::move(str1));String str3 = std::move(str2);
   }
   

   左值/右值、左值引用/右值引用、万能引用、move、移动语义、完美转发：

   template<class T>
   void swap(T& a, T& b)
   { // 以下三个语句在执行时，都会发生拷贝动作const T tmp = a;a = b;b = tmp;
   }template<class T>
   void swap(T& a, T& b)
   { // "perfect swap"T tmp = std::move(a);a = std::move(b);b = std::move(tmp);
   }
   

   左值、右值 ：

   左、右值区别：

   • 左值代表一个地址；右值代表一个值；（c++中，一个表达式只能是左值或者右值之一）
   • 左值是可以被引用的数据，可以通过地址访问，如变量、数组元素、结构体成员、引用和解引用的指针；
   • 左值，可以同时具有左值和右值属性；如 i = i + 1;
   • 右值：非左值，包括字面常量（用双引用包含的字符串除外，它是有地址的）和包含多项的表达式；

   class A;int i = 3;  // i是左值，3是右值
   i = i + 3;   // 左边的i是左值，右边的i+3是右值A func()
   {return a;
   }
   A a1 = func1();   // a1是左值，func1()返回的返回值类型是A故为右值A& func2(A& a)
   {return a;
   }
   A a2 = func2();   // a2是左值，func2()返回的返回值类型是A&故为左值/*
   总的来说：
   1. 右值无法取地址，而左值可以；
   2. 左值有名字，而右值没有；
   3. 表达式结束后，左值仍然存在，右值就不再存在；
   */
   

   c++11中扩展了右值的概念，分为：纯右值、将亡值

   纯右值：

   1. 非引用返回的临时变量；
   2. 运算表达式产生的结果；
   3. 字面常量（c语言风格的字符串，是有地址的）；

   将亡值：与右值引用相关的表达式

   1. 将要被移动的对象；
   2. T&&函数的返回值；
   3. std::move()函数的返回值；
   4. 转换成T&&类型的转换函数的返回值；

   使用左值的运算符：

   1. 赋值运算符=：整个赋值语句的结果仍然是左值；
   2. 取址符&；
   3. string、vector容器：
      • 通过判断运算符能够对数字进行直接操作，进而可以判断是否是左值（不能直接对数字进行操作，则该运算符要用左值）；
      • 下标[ ]就是一个左值；
      • 迭代器iter也是左值，即vector<int>::iterator iter；

   不是左值就是右值：

   临时变量被当作右值。

   引用类型：c++98中均为左值引用，c++11开始出现右值引用：

   左值引用lvalue reference（绑定到左值），即给左值起别名：

   int val1 = 3;
   // 左值引用：
   int& val2 = val1;
   

   • 没有空引用的说法：左值引用初始化时，必须绑定到左值；

   • 引用左值时，必须绑定到左值上（不能绑定到右值（数字）上）；

   • 常量左值引用，是一个万能的引用，可以绑定非常/常量左值、右值，缺点：只读不能修改；

     int b = 10;
     const int c = 10;const int& rb = b;   // 常量左值引用，绑定非常量左值
     const int& rc = c;    // 常量左值引用，绑定常量左值const int& rval = 10;  // 常量左值引用，绑定右值
     

   右值引用rvalue reference（绑定到右值），即给右值起别名：

   // 右值引用：
   const int&& val = 4;
   // 系统利用的是临时变量temp
   // int tempVal = 4;
   // const int& val = tempVal;int&& val2 = val + 3;    // val+3是右值
   /* 右值有了名字，就变成了左值 */
   

   • &&，系统希望用右值引用来绑定一些即将被销毁或者临时的对象上。

     class A;// 函数的返回值是右值（临时变量）
     A getTmp()
     {return A();
     }int main()
     {// 右值引用函数返回的临时变量A&& a = getTmp();// 这样在构造a的过程中，只调用了默认/有参构造函数，而没有调用拷贝构造函数，效率更高
     }
     

   • 右值引用的目的：c++11引入右值引用代表一种新的数据类型，来提高系统效率（把拷贝对象变成移动对象）。&&，常被用于移动语义中，即移动构造函数和移动赋值运算符的形参列表中。

   总结：

   1. 左值引用，使用T&，只能绑定左值；
   2. 右值引用，使用T&&，只能绑定右值；
   3. 已命名的右值引用，是左值；
   4. 常量左值const T&，既可以绑定左值又可以绑定右值；

   move函数（c++11标准库中的新函数）：

   作用：将一个左值强制转换为右值。

   int val1 = 3;
   int && val2 = std::move(val1);
   // val2相当于val1的引用string str1 = "I love China!";
   string str2 = std::move(str1);
   // 调用string中的移动赋值运算符，将str1中的内容移动到str2中去了
   

   本质：将对象的状态/所有权从一个对象转移到另一个对象，只是转移，没有内存的搬迁/内存拷贝，所以可以提高利用效率、改善性能。

   #include <iostream>
   #include <vector>
   #include <string>
   using namespace std;
   int main()
   {string str = "Hello";vector<string> vctor;// 调用常规的拷贝构造函数，新建字符数组，拷贝数据vctor.push_back(str);cout << str << endl;// 调用移动构造函数，掏空str（掏空后尽量不要再使用str）；该过程中，没有发生内存的拷贝和释放，只是所有权发生了变化vctor.push_back(std::move(str));cout << str << "\t" << v[0] << "\t" << v[1] << endl;
   }
   

   万能引用T&&（存在的前提为模板参数类型）、const T&：

   1. 如果模板（类模板、函数模板）中，参数为T&&，那么既可以接受左值引用又可以接受右值引用。

      #include <iostream>  
      using namespace std; template<typename T>
      void funcLRVal_(T&& val)   // T&&作为参数类型，既可以接受左值，又可以接受右值
      {...
      }int main()
      {int a = 10; funcLRVal(a);funcLRVal(10);  return 0;
      }  
      

      • 加const修饰后，即const T&&，就只能接受右值引用。

        #include <iostream>  
        using namespace std; template<typename T>
        void test(const T&& val)
        {cout << "void test(const T& val)" << endl;
        }int main()
        {int a = 10; test(10);// test(a);   // 报错return 0;
        }  
        

      • int&&、vector<T>&&，“具体类型”或“非T&&”，则均不是万能引用。

      • 类模板的成员函数，在类实例化后，成员函数的参数类型已确定，即并不再是模板参数，故不会是万能引用（除非成员函数是函数模板，且参数类型为T&&）。

   2. const T&，既能接受左值引用，又能接受右值引用。

      #include <iostream>  
      using namespace std; template<typename T>
      void test(const T& val)
      {cout << "void test(const T& val)" << endl;
      }int main()
      {int a = 10; test(10);test(a);return 0;
      }
      

      缺点：函数体内不能对参数进行修改。

   移动语义：

   #include <iostream> 
   #include <cstring>
   using namespace std;class A
   {
   public:int* m_data = nullptr;  // 指向堆区资源的指针，类内初始化A() = default;    // 启用默认的构造函数void alloc(){m_data = new int;        // 分配堆区内存memset(m_data, 0, sizeof(int));   // 将分配的内存初始化为0}A(const A& a)   // 拷贝构造函数{cout << "A(cosnt A& a)" << endl;if (m_data == nullptr) { alloc(); }memcpy(m_data, a.m_data, sizeof(int));}A& operator=(const A& a)  // 拷贝赋值函数{cout << "A& operator=(const A& a)" << endl;if (this == &a) { return *this; }  // 避免"自我赋值"if (m_data == nullptr) { alloc(); }memcpy(m_data, a.m_data, sizeof(int));return *this;}~A(){delete m_data;cout << "~A()" << endl;}A(A&& a)   // 移动构造函数，形参不能用const修饰，因最后要将a.m_data置空{cout << "A(const A&& a)" << endl;if (m_data != nullptr)  // 如果已分配内存，则先释放掉{ delete m_data;  }m_data = a.m_data;   // 将源对象中的指针指向的内存地址，赋值给新对象中的指针a.m_data = nullptr;  // 将源对象中的指针置空}
   A& operator=(A&& a)
   {cout << "A&& A(A&& a)" << endl;if (this == &a)        // 避免“自我赋值”{  return *this;}if (m_data != nullptr)  // 如果已分配内存，则先释放掉{ delete m_data;  }m_data = a.m_data;   // 将源对象中的指针指向的内存地址，赋值给新对象中的指针a.m_data = nullptr;  // 将源对象中的指针置空return *this;
   }};int main()
   {A a1;a1.alloc();*(a1.m_data) = 3;cout << *(a1.m_data) << endl;A a2 = a1;  // 调用拷贝构造函数cout << *(a2.m_data) << endl;A a3;a3 = a2;   // 调用拷贝赋值函数cout << *(a3.m_data) << endl;cout << ".............." << endl;A a4(std::move(a1));   // 调用移动构造函数A a5 = std::move(a2);  // 调用移动构造函数A a6; a6 = std::move(a3);  // 调用移动赋值函数return 0;
   }  
   

   • 如果一个函数中有堆区资源，则需要编写拷贝构造函数和赋值函数，实现深拷贝。

   • 移动语义，通过直接使用源对象拥有的资源，可以节省资源申请和释放的时间。

     c++中所有容器，都实现了移动语义，避免对含有（堆区）资源的对象发生不必要的拷贝。

   • 移动语义对于拥有资源（如堆区内存、文件句柄）的对象有效，如果是基本类型，使用移动语义没有意义。

   • 实现移动语义要增加两个成员函数：移动构造函数类名(类名&& 源对象)和移动赋值函数类名& operator=(类名&& 源对象)。

     注意：形参不能用const修饰，因函数体内要源对象指向的内存进行置空。

   • c++提供std::move()方法将左值转义为右值，从而能方便使用移动语义。

     左值对象被转移资源后，不会立刻析构，只能在离开自己作用域的时候才能析构，如果继续使用左值中的资源，可能会发生意想不到的错误。

   完美转发：

   • 函数模板中，可以将参数 “完美转发” 给其内部调用的其它函数。

     “完美” 指的是：①准确地转发参数的值，②保证被转发参数的左、右值属性不变

     完美转发与否，影响参数在传递过程中，采用拷贝语义还是移动语义。

   • 为实现完美转发，c++11提供的方案：

     #include <iostream> 
     #include <cstring>
     using namespace std;void func(int&& val)
     {cout << "params are right value" << endl;
     }void func(int& val)
     {cout << "params are left value" << endl;
     }template<typename T>
     void funcLRVal(T&& val)   // T&&作为参数类型，既可以接受左值，又可以接受右值
     {func(val);
     }// 完美转发：
     template<typename T>
     void funcLVal(T& val)
     {func(val);
     }
     template<typename T>
     void funcRVal(T&& val)
     {func(std::move(val));
     }
     template<typename T>
     void funcLRVal_(T&& val)   // T&&作为参数类型，既可以接受左值，又可以接受右值
     {func(std::forward<T>(val));   // 将左值转发后仍是左值引用，右值转发后仍是右值引用
     }int main()
     {int a = 10;// 在模板函数中，模板函数的参数转发给func()函数后，都变成了左值funcLRVal(10);funcLRVal(a);cout << endl;/* 实现完美转发的两种方案： */// 1、通过两个模板函数，分别实现右值和左值的转发funcLVal(a);funcRVal(10);// 2、采用forward<T>转换funcLRVal_(a); funcLRVal_(10); return 0;
     }  
     

     1）如果模板（类模板、函数模板）参数写为万能引用T&&，那么既可以接受左值引用又可以接受右值引用。

     #include <iostream>  
     using namespace std; template<typename T>
     void funcLRVal_(T&& val)   // T&&作为参数类型，既可以接受左值，又可以接受右值
     {...
     }int main()
     {int a = 10; funcLRVal(a);funcLRVal(10);  return 0;
     }  
     

     2）提供了模板函数std::forward<T>(参数)，用于转发参数，

     template<typename T>
     void funcLRVal_(T&& val)   // T&&作为参数类型，既可以接受左值，又可以接受右值
     {func(std::forward<T>(val));   // 将左值转发后仍是左值引用，右值转发后仍是右值引用
     }
     

     • 如果参数是一个右值，转发后仍是右值引用；
     • 如果参数是一个左值，转发后仍是左值引用；

   • forward<T>通过T来决定，来推断并转发的。

     #include <iostream>
     using namespace std;void Print(int& val)
     {cout << "Print(int& val)" << endl;	
     }void Print(int&& val)
     {cout << "Print(int&& val)" << endl;	
     }template <typename T>
     void func(T&& tmp)
     {Print(std::forward<T>(tmp));	
     }int main()
     {func(10);   // T ：int、tmp ：int&&// 等价于：Print(std::forward<int>(10));int i = 10;func(i);    // T ：int&、tmp ：int& // 等价于：Print(std::forward<int&>(i));return 0;
     }
     

   • 普通函数，实现完美转发。

     #include <iostream>
     using namespace std;void func(int& val) { cout << "void func(int& val)" << endl; }
     void func(int&& val) { cout << "void func(int&& val)" << endl; }void funcLR(auto&& tmpVal)
     {func(std::forward<decltype(tmpVal)>(tmpVal)); 
     }int main()
     {int i = 10;funcLR(i);funcLR(std::move(i));return 0;
     }
     

   • 构造函数模板中，使用完美转发，以及对拷贝/移动赋值的影响。

     #include <iostream>
     #include <string>
     using namespace std;class Human
     {
     public:/* Human的构造函数： *//*// 初始化列表中，会调用string(const string& str)的拷贝构造函数Human(const string& name) : _name(name) { cout << "Human(const string& name)" << endl;}// 右值传入后，name会变成左值；std::move()只会将左值转换为右值；// 初始化列表中，会调用string(string&& str)的移动构造函数Human(string&& name) : _name(std::move(name)) {cout << "Human(string&& name)" << endl;}*/// 构造函数的完美转发：// 法一：//Human(auto&& name) : _name(std::forward<decltype(name)>(name))//{//	cout << "Human(auto&& name)" << endl;//}// 法二：template<typename T>Human(T&& name) : _name(std::forward<T>(name)){cout << "template<typename T> Human(T&& name)" << endl;}/* Human的拷贝构造函数： */Human(const Human& human) : _name(human._name){cout << "Human(const Human& human)" << endl;		}/* Human的移动构造函数： */Human(Human&& human) : _name(std::move(human._name)){cout << "Human(Human&& human)" << endl;		}private:string _name; 
     };int main()
     {/* 构造函数： */Human human1(string("hi"));string name = "hi";Human human2(name);/* 拷贝构造函数： *///Error：受到构造函数中的函数模板的影响，不能正常地调用到拷贝构造函数//Human human3(human2);//解决方案：通过std::enable_if解决const Human human4(string("hi"));// 因human4 : const Human类型，故能正常地调用到拷贝构造函数Human human5(human4);/* 移动构造函数： */// 不受到构造函数中的函数模板的影响，能正常地调用到移动构造函数Human human6(string("hi"));Human human7(std::move(human6));return 0;
     }
     // std::move()实现的移动构造，不受影响，可正常调用。
     // 只有const Human类型，才能正常地调用到拷贝构造函数；不加const，则会因构造函数模板的存在使程序报错。
     

   • 可变参数模板中，使用完美转发。

     #include <iostream>
     using namespace std;int func(int val1, int& val2)
     {++val2;return val1 + val2;
     }template <typename F, typename... T>
     //auto Func(F f, T&&... t) -> decltype(f(std::forward<T>(t)...))  // 存在丢失引用的可能
     decltype(auto) Func(F f, T&&... t)   // 解决上面提到的“引用丢失”的问题
     {return f(std::forward<T>(t)...);
     }int main()
     {int j = 10;cout << Func(func, 20, j) << endl;cout << j << endl;return 0;	
     }
     

     1）支持任意数量、参数类型的完美转发；

     2）可变参数模板，需要返回值时，可使用decltype(auto)作为返回值类型；

函数新特性、函数重载、inline内联函数、函数中const的使用、递归函数：

函数新特性：

• 函数定义中，形参如果在函数体中没有使用到，则可以不给形参变量名字，只给其类型。

• 函数声明中，可以只有形参类型，没有形参名。

• 函数定义：前置返回类型、后置返回类型。

  // 前置返回类型
  返回类型 函数名(形参)
  {. . . .
  }// 后置返回类型
  auto 函数名(形参) -> 返回类型
  {. . . .
  }
  

函数的使用细节：

• 函数调用时，visual studio会从参数列表右边开始读变量的值，故函数定义时形参有默认值必须放在形参列表最后。

• 函数传参时（如f(int x)、f(int& x)、f(int* x)、f(int x[])、f(int&& x)），传值、传地址、传引用的原则：

  1. 不需要在函数中修改实参：

  1）如果实参很小，比如内置数据类型、小型结构体，则可按值传递；

  2）如果实参是数组，则使用 const指针，没有为数组建引用的说法；

  3）如果实参是较大的结构体，则使用 “const指针 或 const引用”；

  4）如果参数是类，则使用 const引用，传递类的标准方式就是 const引用；

  2. 需要在函数中修改实参：

  1）如果实参是内置数据类型，则使用指针，即func(&a)的调用表示要在函数中修改a的值；

  2）如果实参是数组，只能用指针；

  3）如果实参是结构体/类，则使用指针/引用；

• 函数返回指针和引用

  int* func()
  {int tempVal = 4;return &tempVal;
  }int& func()
  {int tempVal = 15;return tempVal;
  }
  

  1）c++中，更习惯引用类型的形参，来取代指针类型的形参（防止值拷贝，引起的效率降低）。

  2）c++中，允许函数同名，但形参列表的参数类型或数量应该有明显的区别，即函数重载（函数名字相同、但参数个数/参数类型不同）。

• 函数在反汇编后，每次调用函数都需要进行入栈和出栈的操作，故效率较低；处理传参/返回值/栈帧的产生和销毁，会带来一定的开销；

  如果函数体较小，为了避免频繁的入栈和出栈，可以将调用函数 --> 直接嵌入一段代码，从而节省计算开销。

  1）c语言：采用宏定义一个函数：define Multi(x) (x)*(x-1)。由于x可能是一个表达式，故需要加()，避免出现错误。

  2）c++采用inline/constexpr关键字修饰函数：

  // 1、可以使用内联函数（函数定义前加关键字inline），“编译阶段”直接将代码内嵌，但编译器只是作为参考
  // 特点：
  // 1）如果函数是内联函数，则在编译时，编译器会把该函数的代码副本，放置在每个调用该函数的地方，即采用空间换时间的方式。
  // 2）体积小，频繁调用的函数，可通过引入内联函数inline，提高程序性能。 
  inline 前置返回类型 函数名(形参)
  {. . . .
  }  
  // 注意：内联函数的定义要放在头文件：这样在用到该内联函数的.cpp文件时，都能够通过#include头文件，找到这个内联函数的函数本体，并尝试将该函数的调用改为函数本体调用。
  // 优缺点：存在代码膨胀的问题，故内联函数体必须小（循环、递归、分支，尽量不要出现在函数体中）。// 2、c++11引入的关键字constexpr（该关键字修饰的函数，可以看作更严格的内联函数），保证函数或对象的构造函数是编译时常量。
  constexpr int get_five() {return 5;}
  int some_value[get_five() + 7];  // Create an array of 12 integers. Valid C++11
  /*c++11，constexpr函数必须满足下述限制：1）函数返回值不能是void类型；2）函数体不能声明变量或定义新的类型；3）函数体只能包含编译期语句：声明、null语句或者一段return语句，不能是运行期语句；5）在形参实参结合后，return语句中的表达式为常量表达式；在编译时若能求出其值，则会把函数调用替换成结果值，故相比宏来说没有额外的开销。所有被声明为constexpr的非静态成员函数也隐含声明为const（即函数不能修改*this的值，即this是常量指针）。c++14放松了这些限制，声明为constexpr的函数可以含有以下内容：1）任何声明，除了：static/thread_local变量、没有初始化的变量声明；2）条件分支语句if和switch；3）所有的循环语句，包括基于范围的for循环；4）表达式可以改变一个对象的值，只需该对象的生命期在声明为constexpr的函数内部开始。包括对有constexpr声明的任何非const非静态成员函数的调用。 
  */#include<iostream>
  using namespace std;// C++98/03
  template <int N>
  struct Factorial_Cpp03
  {const static int value = N * Factorial_Cpp03<N - 1>::value;
  };
  // 递归的基准点
  template <>
  struct Factorial_Cpp03<0>
  {const static int value = 1;
  };// C++11
  constexpr int factorial_Cpp11(int n)
  {return n == 0 ? 1 : n * factorial_Cpp11(n - 1);
  }// C++14
  constexpr int factorial_Cpp14(int n)
  {int result = 1;for (int i = 1; i <= n; ++i){result *= i;}return result;
  }int main()
  {static_assert(Factorial_Cpp03<3>::value == 6, "error");cout << Factorial_Cpp03<3>::value << endl;static_assert(factorial_Cpp11(3) == 6, "error");cout << factorial_Cpp11(3) << endl;static_assert(factorial_Cpp14(3) == 6, "error");cout << factorial_Cpp14(3) << endl;return 0;
  }/*const 和 constexpr 变量间的主要区别：1）const 变量的初始化可以延迟到运行时，而 constexpr 变量必须在编译时进行初始化；2）所有 constexpr 变量均为常量，因此必须使用常量表达式初始化。
  */
  

函数重载：

• 函数重载是指设计一系列同名不同参的函数，让他们完成相同/相似的工作。

  实际中，可以重载功能相同但参数类型不同的函数，但不要重载功能不同的函数，会降低代码的可读性。

• c++允许同名函数，但条件是：形参个数、数据类型、排列顺序要不同，但const、返回值，不作为函数重载的特征。

• 注意：

  1）重载函数时，如果数据类型不匹配，c++会尝试进行类型转换并与形参进行匹配，若转换后有多个函数能匹配上则会报错；

  2）引用可作为函数重载的条件；

  void func(string str, int i);
  void func(string& str, int i);// 调用void func(string& str, int i);
  func(a, 10);// 调用void func(string str, int i);
  func("wowo", 10);  
  

  3）c++名称修饰：编译时，会对每个函数名进行加密，替换成不同名的函数；

const用法：

1. 函数形参中带 const：

   • c++更习惯引用类型的形参，来取代指针类型形参（防止值拷贝，引起的效率降低）；但这可能导致修改形参值，使得实参值也被无意修改，形参中加入 const 可避免无意中对形参的修改导致实参被更改的问题。

     struct Student
     {int num;char name;
     }
     void func(const Student &tempStu)
     {...
     }Student student;
     func(student);
     

   • 加入const，可以使实参类型更灵活，既可以接受普通的数据类型，也可以接受常量的数据类型（包括常数）。

     // 使用结构体作为函数的形参 
     struct Student
     {int num;char name;
     }
     void func(const Student &tempStu)
     {tempStu.num = 20;strcpy_s(tempStu.name, sizeof(tempStu.name), "lisi");
     }Student stu1;
     func(stu1);        // 接受普通的数据类型
     const student &stu2 = stu1;
     func(stu2);       // 接受常量的数据类型（包括常数）
     

2. 常量指针和指针常量的区别：

   const char* ptr 等价于 char const *ptr，ptr指向的东西，不能通过ptr修改

   char* const ptr，ptr一旦指向一个东西，之后就不能再指向其他东西；但可以修改ptr指向的目标内容

递归函数：

递归，是一种重要的编程思想，可以通过数学归纳法严格证明。

递归设计的基本准则：

• 基准情况：无须递归就能解出
• 不断推进：每一次递归调用，都必须使求解状况朝接近基准情形的方向推进
• 设计准则：假设所有的递归调用都能运行
• 合成效益法则：求解一个问题的同一个实例，切勿在不同的递归调用中做重复性的工作

缺点：导致时间（需要大量重复的运算）和空间（需要开辟大量的栈空间）的浪费

递归的优化：

以求取斐波那契数列为例，提出不同的优化策略。

1. 尾递归：所有递归形式的调用都出现在函数的末尾；

   int f(int n, int ret0, int ret1)
   {if (n == 0){return 0}if (n == 1){return 1;}return f(n-1, ret1, ret0 + ret1) ;
   }
   

2. 使用循环替代；

   int f(int n)
   {int n0 = 0;    int  n1 = 1;for (int i = 2; i < n; i++){temp = n0;n0 = n1;n1 = temp + n0;}return n1;
   }
   

3. 使用动态规划，即采用"空间换时间"的策略；

   int recursion_space[1000];int f(int n)
   {recursion[0] = 0;recursion[1] = 1;for (int  i = 2; i < n; i++){if (recursion_space == 0){recursion_space[i] = recursion_space[ i - 2] + recursion_space[i - 1];}}return recursion_space[n - 1];
   }
   

c++中的I/O流、I/O缓存区：

I/O流：

I/O缓存区：

标准的I/O，提供的三种类型的缓存模式：

1. 按块缓存：如文件系统；
2. 按行缓存：\n；
3. 不缓存；

#include<iostream>
using namespace std;// cin、cout：采用的是按行缓存的方式
int main()
{int a;int count = 0;    while (cin >> a)   {cout << a << endl;count++;if (count == 5){break;}}cin .ignore(numeric_limits<std::streamsize>::max(), '\n');       // 会删除掉缓冲区中，多余的脏数据char ch;cin >> ch;cout << ch << endl;
}

文件操作：

1. 输入流的起点和输出流的终点，都可以是磁盘文件；是以块缓存进行读取的；

2. 数据的持久化方式：文件和数据库；

3. c++将每个文件，都看做是一个有序的字节序列，每个文件都以文件结束标志结束；

4. 文件缓冲区，又称文件缓存，是系统预留的内存空间，由操作系统管理；

   

   • 因磁盘的读写要比内存慢的多，通过缓冲区，可以极大降低磁盘的I/O次数，从而提高磁盘存取的速度；

   • 根据输出和输入流，分为输出缓冲区和输入缓冲区，且不同的流的缓冲区是相互独立的；

   • c++中，每打开一个文件，系统就会为它分配缓冲区，程序员只关心输出缓冲区即可。
     缺省模式下，输出缓冲区的数据满了，系统才将数据写入磁盘，极大的降低了磁盘的I/O次数，效率更高，但容易导致数据没有及时的写入磁盘（掉电可能遗失数据）。

     输出缓冲区的操作：

     flush()     // 刷新缓冲区，将缓冲区中的内容写入磁盘文件中；endl        // 换行，然后刷新缓冲区；\n'的功能：只有换行；unitbuf     // 设置fout输出流，在每次操作后自动刷新缓冲区；
     nounitbuf   // 设置fout输出流，让fout回到缺省模式下的缓冲方式；
     fout << unitbuf;
     fout << nounitbuf;
     

5. 流的状态：eofbit、badbit、failbit。取值：1表示设置、0表示清除。

   eofbit    // 当输入流操作到达文件末尾时，将设置eofbit
   eof()     // 用于检查流是否设置了eofbit
   fin >> buffer;
   if (fin.eof() == true)
   {break;
   }
   cout << buffer << endl;badbit    // 无法诊断的失败破坏流时，将设置badbit（一般是系统错误，如存储空间不足）
   bad()     // 用于检查流是否设置了badbitfailbit   // 当输入流操作未能读取预期的字符时，将设置failbit
   fail()    // 用于检查流是否设置了failbit
   

   当三个流的状态都是0时，表示一切顺利，good()成员函数返回true，否则返回false。

6. 按照文件中数据的组织形式，可分为：

   • 文本文件：存放的是字符串，以行的方式组织数据；文件中的信息形式为ASCII码文件，每个字符占一个字节，方便阅读（解码），但占用的空间比较多。
   • 二进制文件：存放的不一定是字符串，以数据类型组织的数据，内容要作为一个整体来考虑，单个字节没有意义；文件中信息的形式与其在内存中的形式相同，由0、1组成，组织数据的格式与文件用途有关，但不方便阅读（解码）。
     为节省存储空间，还可采用压缩计数；为保证数据安全，也可采用加密技术。

7. 文件的随机存取：

   文件位置指针：对文件进行读/写操作时，文件的位置指针指向当前文件读/写的位置；

   获取文件的位置指针：ofstream类的成员函数是tellp()、ifstream类的成员函数是tellg()。

   移动文件位置指针：ofstream类的成员函数是seekp()、ifstream类的成员函数是seekg()。

   std::istream& seekg(std::streampos _pos); 
   std::istream& seekp(std::streampos _pos);
   seekp(128); seekg(128);                 // 文件指针移动到128字节
   seekp(std::begin); seekp(std::end);     // 文件指针移动到开始或结尾 
   seekg(std::begin)、seekg(std::end)：std::istream& seekg(std::streamoff _off, std::ios::seekdir _Way);
   std::istream& seekp(std::streamoff _off, std::ios::seekdir _Way);// ios中定义的枚举类型：
   enum seek_dir {beg, cur, end};
   seekg(30, ios::beg);    // 从文件开始位置往后移动30字节
   seekg(-30, ios::cur);   // 从当前位置往前移动30字节；seekg(30, ios::cur)：从当前位置往后移动30字节
   seekg(-30, ios::end);   // 从文件结束位置往前移动30字节
   

   对文件进行随机存储，如果文件中该处有内容，则会被覆盖掉原有的内容。

8. 文件操作的步骤：

   1、打开文件用于读和写open，文件的打开方式：// 默认是以ASCII码的形式打开：ios::in打开文件进行读操作（ifstream默认模式）ios::out打开文件进行写操作（ofstream默认模式）ios::trunc如果文件存在，清除原文件的内容ios::app打开文件并在追加内容ios::ate打开一个已有输入或输出文件并查找到文件尾ios::nocreate如果文件不存在，则打开操作失败// 以二进制的形式打开：ios::binary以二进制方式打开
   2、is_open()       // ifstream、ofstream是否为空，检查打开是否成功
   3、读或者写read、write
   4、检查是否读完EOF（end of file）
   5、close()         // 关闭文件
   

   #include <iostream>
   using namespace std;int main()
   {string filename = "./test.txt";fstream fin(filename, ios::in);if (!fout)   // fout.is_open(){cout << "open the file is failure" << endl;}string buffer;  // 按行读文件，要保证缓冲区足够大// 写法一：while (getline(fin, buffer)){cout << buffer << endl;}// 写法二：while (fin >> buffer)){cout << buffer << endl;}fin.close();return 0;
   }
   

   const bufferLen = 1024;
   bool copyBinaryFile(const string& src, const string& dst)
   {ifstream in(src, ios::in | ios::binary);ofstream out(dst, ios::out | ios::binary | ios::trunc);if (!in || ! out){return false;}// 从源文件读数据到缓冲区，从缓冲区写入文件中char temp[bufferLen];while(!in.eof()){in.read(temp, bufferLen);streamsize count = in.gcount(); // 从源文件读取到缓冲区的个数out.write(temp, count);    }in.close();out.close();return true;
   }
   

9. 读写二进制文件：

   二进制文件以数据块的形式组织数据，把内存中的数据直接写入文件；

   二进制的文件格式多种多样，由业务需求而定：

   • MP3、MP4、bmp、jpg、png；
   • 自定义的二进制文件格式，只有程序员自己可知，即自定义的数据结构；

   写二进制文件：

   #include<iostream>
   #include <fstream>
   using namespace std;int main()
   {// 自定义后缀.dat，其中存放的是不同的Girl类对象fstream fout("./test.dat", ios::out | ios::binary);if (!fout.is_open()){cout << "open ths file is failure" << endl;}struct Girl{char name[31];int age;double weight;} girl;girl = {"lili", 12, 130.5};fout.write((const char*)&girl, sizeof(Girl));fout.close();return 0;
   }
   

   读二进制文件：

   #include<iostream>
   #include <fstream>
   using namespace std;int main()
   {// 自定义后缀.dat，其中存放的是不同的Girl类对象fstream fin("./test.dat", ios::in | ios::binary);if (!fin.is_open()){cout << "open ths file is failure" << endl;}struct Girl{char name[31];int age;double weight;} girl; // 二进制文件以数据块的形式组织数据while (fin.read((const char*)&girl, sizeof(Girl))){cout << girl.name << "," << girl.age << "," << girl.weight << endl;}fin.close();return 0;
   }
   

10. 操作文本文件和二进制文件的更多细节：

    1）windows平台下，文本文件的换行标志是"\r\n"；（以文本方式打开文件，写数据时系统会将"\n"转换成"\r\n"，读数据时系统会将"\r\n"转换成"\n"；以二进制方式打开文件，系统不会做任何转换）

    2）linux平台下，文本文件的换行标志是"\n"；（以文本和二进制方式打开文件，系统不会做任何转换）

    3）读取文件时，

    • 以文本方式读取文件的时候，遇到换行符停止，读入的内容没有换行符；
    • 以二进制方式读取文件时，遇到换行符不会停止，读入的内容中包含换行符（换行符被认为是数据）；

11. 实际开发中，从兼容性和语义的角度考虑：

    1）以文本模式打开文本文件，用行的方法操作它；

    2）以二进制模式打开二进制文件，用数据块的方法操作它；
    3）不要以二进制模式打开文本文件，也不要用行的方法操作二进制文件，可能破坏二进制数据文件的格式（二进制的某个字节的取值可能是换行符，但也可能是整数中的某个字节）；

std::move()和std::ref的对比：

std::ref()的作用。

1. std::move()：c++11引入的用于将左值转换为右值引用，故而可使编译器选择移动语义而非拷贝语义，从而优化性能。其允许在不复制对象的情况下，将资源从一个对象转移到另一个对象上，

   • 对象之间传递大型数据结构；
   • 临时对象的资源转移到持久化对象上；

   注意：一旦std::move()进行资源的转移，这样源对象就不能再使用了。

2. std::ref()：c++11引入的用于创建引用包装器。当需要向函数传递引用时，尤其是使用标准库时如std::bind()、std::thread()等，避免了这些函数默认对参数的复制。

总的来说：

• std::move()用于优化性能，通过将资源的从一个对象转移到另一个对象上，而不是复制资源。
• std::ref()用来创建引用包装器，以便在需要传递引用而不是复制对象时使用。