C++学习文档

从给定的文件信息来看，这是一份关于C++编程语言深入学习的文档，由著名IT教育家侯捷翻译和导读，主要基于Scott Meyers的《More Effective C++》一书进行解读。文档覆盖了C++的基础概念、运算符、异常处理、效率提升、编程技巧及杂项等多个方面，下面我们将针对其中几个关键知识点进行详细解析。 ### 基础议题 #### 指针与引用的区别 C++中的指针和引用都是用于访问内存地址的方式，但它们之间存在本质区别。指针是一个变量，其值可以是任何类型的地址，包括NULL。而引用则是在编译时绑定到一个已存在的变量上的别名，不能被重新指向另一个对象，也没有NULL状态。引用更类似于C++中的一种高级指针，但在语法上更简洁且使用更安全。 #### 尽量使用C++风格的类型转换 在C++中，有多种类型转换方式，包括C风格的类型转换（如(int) expr）、静态转换（static_cast<type>）、常量转换（const_cast<type>）、动态转换（dynamic_cast<type>）和重构转换（reinterpret_cast<type>）。C++风格的转换更为安全，因为它们提供了额外的编译时检查和运行时检查（如dynamic_cast），而C风格的转换往往会导致类型安全问题。 #### 不要对数组使用多态 多态性是C++中一个强大的特性，允许基类指针或引用来指向派生类的对象。然而，当涉及到数组时，这种多态性可能会导致问题，因为基类指针只能访问到派生类中基类部分的成员，而无法访问派生类特有的成员。因此，在设计类层次结构时，应避免将多态应用于数组，而是考虑使用STL容器如vector或list，这些容器可以更好地处理多态性。 ### 运算符 #### 自增、自减操作符前缀形式与后缀形式的区别 C++中的自增（++）和自减（--）操作符有两种形式：前缀形式（++i）和后缀形式（i++）。前缀形式先执行自增/自减操作，然后返回修改后的值；而后缀形式先返回当前值，然后执行自增/自减操作。在大多数情况下，前缀形式比后缀形式更高效，因为它不需要创建一个临时变量来保存原始值。 #### 理解各种不同含义的NEW和DELETE `new` 和 `delete` 是C++中用于动态内存分配和释放的关键字。`new` 用于在运行时分配内存并初始化对象，而 `delete` 用于释放之前由 `new` 分配的内存。需要注意的是，`new` 和 `delete` 可以有多种形式，包括普通形式、数组形式（`new[]` 和 `delete[]`）以及带有放置形式（`new (ptr)` 和 `delete (ptr)`）。正确使用这些关键字对于管理程序中的内存至关重要，不当使用可能导致内存泄漏或未定义行为。 ### 异常 #### 使用析构函数防止资源泄漏 在C++中，析构函数是一种特殊的成员函数，当对象生命周期结束时自动调用，用于清理对象占用的资源。为了防止资源泄漏，应当在析构函数中释放所有动态分配的资源，如关闭文件、释放内存等。通过这种方式，即使程序发生异常，资源也能得到妥善释放，避免了潜在的资源泄漏问题。 #### 审慎使用异常规格(EXCEPTION SPECIFICATIONS) 异常规格是C++中用于指定函数可能抛出的异常类型的一种机制。然而，在C++11及更高版本中，异常规格已被弃用，因为它们在实际使用中存在一定的局限性和潜在的问题，比如过度使用可能导致代码冗余和难以维护。现代C++倾向于使用异常安全的设计原则，即确保函数即使在异常情况下也能正确释放资源，而不是依赖于异常规格来控制异常传播。 ### 效率 #### 牢记80-20准则 在软件工程中，80-20准则是一个经验法则，指出大约80%的性能瓶颈通常发生在20%的代码中。这意味着优化代码时，应优先关注那些关键路径上的热点函数或模块，而不是盲目地试图优化每一行代码。通过对关键性能瓶颈进行有针对性的优化，可以以最小的努力获得最大的性能提升。 #### 考虑使用LAZY EVALUATION（懒惰计算法） 懒惰计算是一种延迟执行计算直到真正需要结果的技术，可以避免不必要的计算，从而提高程序的效率。例如，在处理复杂的数据结构或算法时，如果某个计算的结果仅在特定条件下才需要，那么可以采用懒惰计算策略，只在必要时才执行该计算，这样可以节省大量的计算资源。 #### 分期摊还期望的计算 分期摊还技术是一种评估算法复杂度的方法，特别是对于数据结构的操作序列。它考虑了操作序列的整体效率，而不是每个操作的最坏情况时间复杂度。通过将某些操作的成本分摊到其他操作上，可以使得整体算法具有更好的平均性能。例如，在实现动态数组时，扩容操作的时间成本可以被分摊到随后的插入操作中，从而达到线性时间复杂度的效果。 ### 技巧 #### 将构造函数和非成员函数虚拟化 在面向对象编程中，构造函数通常是非虚拟的，因为它们在对象创建时调用，而对象的类型此时已经确定。然而，在某些场景下，例如当需要进行复杂的对象创建过程时，可以考虑将构造函数声明为虚拟的，并在派生类中重写，以便执行特定的初始化逻辑。同时，非成员函数也可以作为友元函数与类内部交互，提供更灵活的编程接口。 #### 限制某个类所能产生的对象数量 有时，为了实现资源管理或者确保系统的稳定性，需要限制某个类可以创建的对象数量。这可以通过在类中添加一个静态成员变量来跟踪对象的数量，并在构造函数中检查这个计数器是否达到了预设的上限。如果超过了限制，则构造函数可以抛出异常或采取其他措施阻止新对象的创建。 #### 灵巧（SMART）指针 智能指针是C++中用于自动管理动态分配内存的一种工具，常见的有`std::unique_ptr`、`std::shared_ptr`和`std::weak_ptr`等。与原始指针相比，智能指针能够自动释放不再使用的内存，从而避免了内存泄漏。其中，`std::unique_ptr`保证了所有权的独占性，`std::shared_ptr`允许多个指针共享同一对象的所有权，而`std::weak_ptr`则用于解决`std::shared_ptr`的循环引用问题。正确使用智能指针，可以极大地提高代码的健壮性和可维护性。 ### 杂项 #### 在未来时态下开发程序 未来时态编程是指在设计和编码阶段，就考虑到未来可能出现的变化和需求，预先做好准备。这意味着编写易于扩展和修改的代码，遵循良好的设计原则，如单一职责原则、开放封闭原则等。通过采用面向接口编程、依赖注入、工厂模式等设计模式，可以提高代码的灵活性和可重用性，减少未来的重构工作。 #### 如何在同一程序中混合使用C++和C 在C++项目中，有时候需要与C语言代码进行交互，比如调用C库函数、使用C语言编写的外部模块等。为了在C++中使用C代码，需要使用`extern "C"`语法来声明C函数，这样编译器就会按照C语言的链接约定来处理这些函数，避免了名称修饰（name mangling）带来的问题。此外，还需要注意C++与C之间的数据类型差异，确保数据的正确转换和传递。 #### 让自己习惯使用标准C++语言 随着C++标准库的发展和完善，越来越多的功能可以直接通过标准库实现，无需依赖第三方库或手写代码。例如，STL中的容器和算法提供了高效的数据管理和操作功能，智能指针提供了安全的内存管理机制，lambda表达式简化了函数式编程。熟悉和掌握C++标准库，不仅可以提高编程效率，还能写出更加简洁、清晰、高效的代码。 《More Effective C++》一书深入探讨了C++编程中的各种高级技术和最佳实践，通过以上分析可以看出，它不仅涵盖了C++的基础知识，还提供了深入的进阶指导，旨在帮助读者掌握C++的核心思想和编程技巧，提升代码质量和编程效率。无论是对于初学者还是有一定经验的开发者来说，都是一份宝贵的参考资料。