《C++ Primer》1. C++ 基础
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[C++] [C++ Primer]

变量和基本类型

基本内置类型

关于 char、signed char 和 unsigned char：

  • char 被当成有符号或是无符号视不同编译器决定
  • 在定义数值类型时使用 signed char 和 unsigned char，signed char 表示 -128 到 127，unsigned char 表示 0 到 255

类型转换：

  • 浮点数赋值给整数时，截断小数部分
  • 整数赋值给浮点数时，小数部分记为 0，如果整数所占空间超过浮点类型的容量，精度可能有损失

含有无符号类型的表达式：

如果算术表达式中既含有无符号数又有 int，那 int 会转换成无符号数，如：

unsigned u = 10;
int i = -42;

std::cout << i + i << std::endl; // -84
std::cout << u + i << std::endl; // 4294967264

字面值：

  • 整型：十进制、八进制（024）、十六进制（0x14）
  • 浮点型：3.1415、3.1415e10、0.、.01
  • 字符和字符串：转义

可以添加前后缀来指定字面值的类型：

  • 宽字符 L'a'
  • utf-8 字符串 u8"Hi!"
  • 整型：42ull、42u、32ull
  • 单精度浮点：1e-3f
  • long double：3e-10L

如果使用列表初始化时，存在信息丢失的风险，那么编译器会报错

复合类型

引用、指针

注意指针解引用后是引用类型

从右向左阅读，如 int *&r 是对 int * 的引用

NULL 与 nullptr：

  • NULL 是个预编译宏，nullptr 是个编译期常量
  • NULL 的类型是 void *（C）或者整型（C++），nullptr 的类型是 nullptr_t
  • 模板和函数重载时，NULL 可以匹配为整型，而 nullptr 不会

常量

  • 常量引用
  • 常量指针与指向常量的指针（const 放在 * 后面）
  • 底层 const 与顶层 const：本身不能改变的是顶层，本身可以改变但是指向的值不能改变的是底层，引用是底层 const，因为引用本来就是不能改变的
  • 底层和顶层不止可以说指针，任何变量都可以这么讲

其实可以这么区分：* 左侧是底层，右侧是顶层

const int x;         // 顶层
const int * x;       // 底层
int * const x;       // 顶层
const int * const x; // 顶层 + 底层

const int& r;        // 底层
const int&& r2;      // 底层

constexpr 与常量表达式

  • 可以将变量声明为 constexpr 来让编译器验证该变量的值是否是常量表达式
  • constexpr 还可以声明函数
  • 声明为 constexpr 时使用的类型必须为字面值
  • constexpr 可以修饰引用，此时不能指向函数内的变量
  • constexpr 声明的指针不分底层和顶层，只对指针有效，与指针指向的对象无关（只有顶层），constexpr 指针可以指向常量也可以指向非常量

字面值类型：

  • 算术类型、引用和指针都属于字面值类型
  • string 类等不属于字面值类型

typedef 与常量指针

#include <iostream>
using namespace std;

typedef char* pstring;

int main() {
    pstring s1;
    const pstring s2 = "323";
    
    return 0;
}

上面的代码中，s1 是 char * 类型，s2 是 char * const 类型，其中 const 修饰的是指针，它是个顶层 const

auto 类型说明符

  • auto 修饰变量时必须有初始值，如果一条声明语句声明多个变量，那么它们的类型必须相同
  • auto 推断出的类型和初始值的类型并不完全一样，有一些规则：
    • 当引用被当做初始值时，使用引用对象的类型
    • 一般会忽略顶层 const，同时底层 const 会保留下来，如果需要保留顶层 const，那么需要添加 const 修饰符
    • 在引用时同样

可以说，auto 在推断类型时总是退化的（左值到右值、数组到指针、函数到函数指针，并且去除 cv 限定符）

int i = 0, &r = i;
auto a = r;                      // int

const int ci = i, &cr = ci;
auto b = ci;                     // int
auto c = cr;                     // int
auto d = &i;                     // int *
auto e = &ci;                    // const int *

const auto f = ci;               // const int

auto &g = ci;                    // const int &
auto &h = 42;                    // error
const auto &j = 42;              // const int &

decltype 类型指示符

选择并返回操作数的数据类型，分析表达式并得到类型，但是并不实际计算表达式的值

decltype 处理引用和顶层 const 的方法与 auto 不同，它直接返回引用和 const

注意，引用从来作为其所指对象的同义词出现，只有在 decltype 处是个例外

加不加括号也会影响 decltype 的类型：

  • 不加括号表示变量
  • 加括号表示表达式，由于变量是可以作为左值的特殊表达式，所以会返回引用
const int ci = 0, &cj = ci;

decltype(ci) x = 0;    // const int
decltype(cj) y = x;    // const int &

int i = 42, *p = &i, &r = i;
decltype(r + 0) b;     // int
decltype(*p) c;        // int &，没有初始化

decltype((i)) d;       // int &，没有初始化
decltype(i) e;         // int

表达式

左值与右值

C++ 的表达式要不然是右值（rvalue），要不然就是左值（lvalue）

当一个对象被用作右值时，用的是对象的值（内容）；当被用作左值时，用的是对象的身份（在内存中的位置）

一个基本原则（有一个例外）：在需要右值的地方可以用左值替代，反过来不行

运算符使用和返回的值类型：

  • 赋值运算符：被赋值的必须是左值，结果是左值
  • 取地址符：需要左值，结果是右值
  • 内置解引用运算符、下标运算符、迭代器解引用运算符、很多容器的下标运算符：结果是左值
  • 内置类型和迭代器的递增递减运算符：需要左值，前置版本结果是左值，后置版本结果是右值

使用 decltype 时，左值和右值也有所不同：

  • 如果表达式的求值结果是左值，那么会返回引用
  • 如果是个纯右值表达式，则返回非引用

运算符与运算顺序

int i = 0;
cout << i << " " << ++i << endl;

上面的代码中，是个未定义行为

位求反运算符：反引号，所有位都求反

sizeof 运算符

  • 指针：返回指针本身大小
  • 引用：返回被引用对象大小
  • 解引用指针：指针指向对象所占空间大小，指针不需要有效
  • 数组：整个数组所占空间大小，等价于对数组中所有元素各执行一次 sizeof 并求和
  • string 对象或 vector：固定部分的大小，不会计算对象中的元素占用了多少空间

类型的隐式转换和显式转换

算术转换：

  • 整型提升
  • 有无符号类型：
    • 如果两个都是有符号或者都是无符号，那么选大的
    • 如果一个有符号，一个无符号，且无符号的位数不小于有符号，那么选择有符号
    • 如果一个有符号，一个无符号，且无符号的位数小于有符号，那么结果依赖于机器（？）

还有其他类型的隐式转换：

  • 数组转换成指针
  • 指针可以转换成 const void *
  • 在 if 或 while 中转换成 bool 类型
  • 转换成常量
  • 类的单参数构造函数

显式转换：

  • static_cast
  • const_cast
  • reinterpret_cast：非常危险

语句

switch 语句内部的变量定义：

如果在某处一个带有初值的变量位于作用域之外，在另一处该变量位于作用域之内，则从前一处跳转到后一处的行为是非法行为

case true:
    string file_name;                // 错误，控制流绕过来一个隐式初始化的变量
    int ival = 0;                    // 错误，控制流绕过来一个显式初始化的变量
    int jval;                        // 正确，它没有被初始化
    break;
case false:
    jval = next_num();               // 正确
    if (file_name.empty()) { ... }   // 如果绕过了上一个 case，那么这个变量就没有被初始化，造成缺陷

我们可以嵌套一个大括号来嵌套一个作用域：

case true:
    {
        ...
    }
    break;

函数

函数声明、形参、实参、值传递、引用传递

不允许拷贝数组

数组形参：

  • int * arr[10] 表示 10 个指针构成的数组
  • int (* arr)[10] 表示指向含有 10 个整数的数组的指针，用来表示多维数组
  • int arr[][10] 与上面等价

initializer_list 形参

省略符形参（C 语言中的东西）：

void foo(parm_list, ...);
void foo(...);

如果函数返回值是引用类型，那么它表面函数返回一个左值

返回指针数组时的声明：

int (* func(int i))[10];

它表示输入是 int，返回一个第二维大小为 10 的二维 int 数组

或者使用后置类型，写成：

auto func(int i) -> int(*)[10];

如果我们有一个这种类型的数组的话，可以使用 decltype

默认实参

  • 作用域内一个形参只能被赋予一次默认实参
  • 函数的后续声明只能为之前那些没有默认值的形参添加默认实参，并且该形参右侧所有形参都必须有默认值
string screen(sz, sz, char = ' ');
string screen(sz, sz, char = '*');       // 错误：重复声明
string screen(sz = 24, sz = 80, char);   // 正确：添加默认实参

局部变量不能作为默认实参：

int main() {
    int h = 10;
    string screen(int x, int y = h);     // 错误，使用了局部变量 h
}

内联函数和 constexpr 函数

  • 返回类型和形参的类型都得是字面值类型
  • 函数体中的语句在运行时不执行任何操作
  • 调用时，当参数都是 constexpr 时返回值就是 constexpr

内联函数和 constexpr 函数都是内部链接性

调试

assert 宏

NDEBUG 宏：是否处于 debug 模式

__func__ 宏：当前调试的函数名称

__FILE__、__LINE__、__TIME__、__DATE__

函数匹配

确定候选函数：

  • 与被调用的函数同名
  • 声明在调用点可见

从候选函数中确定可行函数：

  • 形参数量与实参数量相同（默认实参除外）
  • 形参类型与实参类型相同，或者实参类型能够转换成形参的类型

寻找最佳匹配：

实参类型与形参类型越接近，它们匹配地越好。对于多个形参，如果有且仅有一个函数满足条件：

  • 该函数每个实参的匹配都不劣于其他可行函数需要的匹配
  • 至少有一个实参的匹配优于其他可行函数提供的匹配

那么选择它，否则出现二义性

为了确定最佳匹配，编译器划分了几个等级：

  • 精确匹配：
    • 实参类型与形参类型相同
    • 实参从数组类型或函数类型转换成对应的指针类型（也就是 int * a 和 int a[] 等价）
    • 向实参中添加顶层 const 或从实参中删除顶层 const（例如 func(const int x) 可以被 int x = 10; func(x) 匹配）
  • 通过 const 转换实现的匹配（这里指的是底层 const，例如 const int * 与 int *）
  • 通过类型提升实现的匹配
  • 通过算术类型转换（除去类型提升之外的算术类型转换）或指针转换（任何指针都可以转换成 const void *，有继承关系的类之间指针的转换）实现的匹配
  • 通过类类型转换实现的匹配

函数指针

函数指针只需要将函数声明中函数名前面加上 * 并加上括号即可

在调用时可以加 * 也可以不加

例如：

int (* func(int i))[10] {
    cout << "func(int i)[10]" << endl;
    return nullptr;
}

int main() {
    int (* (* pfunc)(int i))[10] = func;
    
    pfunc(10);
    (*pfunc)(10);
    return 0;
}

当使用重载函数时，必须精确的界定使用哪个函数：

void ff(int *);
void ff(unsigned int);

void (* pf1)(unsigned int) = ff;        // 正确
void (* pf2)(int) = ff;                 // 错误，不能匹配到任何一个函数
double (* pf3)(int *) = ff;             // 错误，返回值不匹配

函数指针和函数类型可以作为形参，但是它们等价，都表示一个函数指针：

void useBigger(bool pf(const string &, const string &));
void useBigger(bool (* pf)(const string &, const string &));

上述两个函数等价

函数指针也可以作为返回值（函数类型不行）：

using F = int(int *, int);
using PF = int(*)(int *, int);

PF f1(int);    // 正确
F f1(int);     // 错误，函数类型不能作为返回值
F * f1(int);   // 正确

int (* f1(int))(int *, int); // 与上面等价

类

友元

友元不具有传递性，即如果 B 是 A 的友元，C 是 B 的友元，不代表 C 是 A 的友元

如果一个类想把一组重载函数声明成它的友元，那么它需要对这组函数中的每一个分别声明

名字查找与类的作用域

类的定义分为两阶段来处理：

  • 处理成员的声明
  • 在类全部可见后才编译函数体

这样的处理方式使得类成员可以使用类的定义中的任何名字，也带来了限制

如果类的成员使用了外层作用域中的某个名字，而该名字代表一种类型，则类不能在之后重新定义该名字，如：

typedef double Money;

class Account {
public:
    Money balance() { ... }    // 使用了外层的 Money
private:
    typedef double Money;
    Money bal;                 // 错误：不能重新定义 Money
};

注意即使两个 Money 类型一致，这也是错误的

构造函数

构造函数初始化列表中的成员的初始化顺序：与类定义的出现顺序一致

下面的写法会导致缺陷：

class X {
    int i;
    int j;
public:
    X(int val) : j(val), i(val) { ... } // i 在 j 之前被初始化
};

最好让初始化成员列表的顺序与类成员顺序保持一致

假如有委托构造函数，那么先执行委托构造函数的初始化，然后控制权才交给原来的构造函数

注意默认构造函数使用时：

ClassName obj1();   // 错误，它定义了一个函数
ClassName obj2;     // 正确

转换构造函数只允许隐式转换一步

可以使用 static_cast 来代替显式的转换构造函数调用

字面值常量类：

  • 数据成员必须都是字面值类型
  • 类必须至少含有一个 constexpr 构造函数
  • 如果一个数据成员含有类内初始值，那么内置类型成员的初始值必须是一条常量表达式
  • 如果数据成员属于某种类类型，那么初始值必须使用成员自己的 constexpr 构造函数
  • 类必须使用析构函数的默认定义

constexpr 构造函数必须既符合构造函数的要求，又符合 constexpr 函数的要求

静态成员：

  • 通常情况下，不应该在类的内部初始化
  • 静态成员（和指针成员）可以是不完整类型，而其他的数据成员必须是完整类型
  • 静态成员可以作为默认参数
Milk Feng
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