Java程序員的C++回歸路（一）

阿新 • • 發佈：2018-01-14

.com always exp ica val c語言 ... put 操作

前言：工作後吃飯的語言是java，同時寫一些python和js，在學習機器學習的時候發現有必要再熟悉一下c++，同時工作也有c++的使用需求。於是開始對照c++ primer自學，希望能夠對同樣是其他語言的學習者，在學習c++的時候提供一些幫助。

第1章：起始

First program

主流編譯器：GNU 編譯器和微軟的編譯器，運行微軟編譯器的命令是：cl

Input/Output

Using namespace used to avoid inadvertent collsions between the same names.

Std::cin返回 std::cin對象

註釋

C++中有兩種類型的註釋：單行註釋：//和多行註釋：/* */

如果有程序如下：

#include <iostream>
int main(){
    int sum = 0, value = 0;
    while(std::cin >> value){
        sum += value;
    }
    std::cout<< "Sum is: "<< sum << std::endl;// std::endl flush buffer
}

上面這段程序會一直讀取輸入的內容直到輸入的結尾，在不同的操作系統中，標識輸入的結尾是不同的，在類unix操作系統中，使用ctrl + D來表示輸入結尾，在windows系統中，使用ctrl+Z標識。

關於編譯器

在類unix系統（含Mac）使用到的編譯器和編譯指令如下：

cc：在Mac上，cc作為clang的軟鏈接。
clang：相比於gcc，clang有著編譯速度快，編譯產出小，編譯提示友好等有點。而且使用c++編寫，基於LLVM的C/C++/Objective C/Objective C++ 編譯器。
gcc：GNU的c編譯器，後面發展為可以編譯很多的編程語言。
g++：c++的編譯器。
msvc：windows上使用的c/c++編譯器

關於這些區別的一篇博文：https://www.cnblogs.com/qoakzmxncb/archive/2013/04/18/3029105.html

C++中的類

使用一個庫的時候，需要包含關聯的header文件。標準庫的headers一般是不包含後綴名的，編譯器一般不關心文件的後綴，但是IDE有時會。

clog的使用，默認地，寫到clog中的數據會被buffer緩沖，一般用於報告程序運行過程中的信息。

第2章：基礎

C++的原始內建類型

C++中包含了一些基本的數學類型和void類型，作為原始內建類型。

Type	Meaning	Minimum Size
bool	boolean	NA
char	character	8bits
wchar_t	wide character	16bits
char16_t	Unicode character	16bits
char32_t	Unicode character	32bits
short	short integer	16bits
int	integer	16bits（所有操作系統？）
long	long integer	32bits
long long	long integer	64bits
float	Single-precision floating-point	6 significant digits
double	Double-precision	10 significant digits
long double	Extended-precision	10 significant digits

需要註意的是，在上述表格中的數據類型所占用的內存大小根據平臺的不同而不同。

確定內存地址的數據需要數據類型和讀取內存地址的二進制數據，不同的數據類型決定了占用多少比特以及如何解析這些內存數據。

上述的int、long、long long類型都是有符號數，對應的無符號數前面加上unsigned。

數據類型的後綴中是U時，字面量是unsigned類型，類型可以使unsigned int,unsigned long或unsigned long long 類型；

如果後綴是L，字面量類型時long；

如果後綴是LL，字面量類型時long long 或者unsigned long long

如果後綴是UL或ULL，字面量類型時unsigned long或unsigned long long

前綴類型表：

Meaning	Prefix	Type
u	Unicode 16 character	Char16_t
U	Unicode 32 character	char32_t
L	wide character	wchar_t
u8	utf-8	char

初始化和定義

C++提供了多種初始化的方式：


int unit = 0;
int unit = {0};
int unit{0};//列表初始化
int unit(0);

編譯器不允許使用列表初始化時類型信息丟失：


long double ld = 3.1415926

Declaration & Definition

聲明：聲明一個名稱讓程序知道

定義：定義除了聲明名稱和類型，同時申請內存和提供默認值

為了得到一個變量的聲明而不是定義，我們使用extern關鍵字，而且不顯示的初始化變量。

extern int i;  // 聲明變量
int j;  // 定義變量

一個變量可以被聲明多次，但是只能被定義一次。

作用域

全局作用域：定義在函數體之外的變量

塊作用域：{}內的作用域

復合類型

C++中有多種復合類型，這裏記錄指針和引用。

引用為對象起了另外一個名字，通過&d來定義引用類型，其中d是變量名


int a = 1;
int &d = a;  // 聲明引用，d是a的另外一個名字
int &d2;  // 報錯，引用必須初始化

引用非對象，相反的，它是為對象取了一個別名

為引用賦值，實際是賦值給引用的對象；獲取引用的值，獲取的是對象的值；將引用的值作為初始值，實際上是將引用對象的值作為初始值。

因為引用本身不是對象，所以不能定義引用的引用。

無法將引用綁定到另外一個對象，因此引用必須初始化。

可以給引用賦值（等於給別名賦值），如下代碼所示：

int i = 0;
int &ri = i;
ri = 10;  // legal，這裏等於是給i進行賦值

指針

指針時一個指向其他類型的復合類型，值是指向對象的地址。

指針本身是一個對象。

指針值

指針的值可以指向一個對象
可以指向剛剛讀取完的對象的值（類似於Iterator執行的對象）
可以是個空指針，即沒有綁定任務對象
invalid指針，除了上述三種指針的值都是不合法的。

指針的指針

可以使用**p獲取指針的指針所在對象的值。

void*

void*是一個特別的指針類型，可以保存任意對象的地址

在理解類似於 *&p這種類型的時候，將修飾符從右往左讀去理解。

const修飾符

const修飾的類型有普通類型的大部分操作，如將const int類型轉為bool類型。

int i = 0;
const int ci = i;
int j = ci;

上述代碼中關於const的操作：給ci賦值的時候不會考慮ci是常量類型，因為不會改變常量的值，同樣的，將ci賦值給j的時候也是如此。

默認情況下，const對象僅在文件中有效。

如果需要在不同文件間共享const變量的值，則使用extern用於聲明常量並非本文件獨有。

常量引用

常量的引用類型需要使用常量引用，如下所示：


const int ci = 1;
const int &ri = ci;
int &r2 = ri;  // error:non const reference to a const object

const pointer

指針本身是const，例如：


int num = 0;
int *const curNum = &num;  // curNum will always point to num
const double pi = 3.14;
const double *const pip = &pi;  // pip is a const pointer to a const object

Top-level const

使用top-level const來標識指針本身是一個常量；如果指針指向一個const對象，那麽我們說這個const是low-level const。

constexpr

常量表達式：當做const表達式時可以使用constexpr

類型處理

typedef

alias

格式為：using a = A;

auto

自動判斷類型

decltype

自動判斷類型，但是不計算變量的值

decltype()中的解引用操作返回的結果是引用，而不是原始類型

在decltype中添加一對以上的括號，將返回引用類型

struct

//定義struct的兩種格式
struct{
  
};
struct {...} a,b,*c;

struct中定義的成員變量會在對象定義的時候被默認初始化。

定義頭文件

一般只定義一次的內容放在頭文件中，如類、const、constexpr變量等。

頭文件一旦改變，相關的源文件需要重新編譯來獲取新的變量聲明。

確保頭文件多次包含仍能被正確處理的機制是預處理器（preprocessor）

預處理器看到#include會將內容替換掉#include

頭文件保護符：使用以下代碼來避免重復包含的發生：

#ifndef CPP_TEST_SALES_DATA_H
#define CPP_TEST_SALES_DATA_H
struct sales_data{
?
};
#endif //CPP_TEST_SALES_DATA_H

與編譯器無視關於作用域的規則

一般的做法是基於類的名字來構建保護符的名字

字：在指定機器上進行整數運算的自然單位

字符串、vector

using

格式為：using namespace::name

頭文件不應該包含using描述，否則可能有名字沖突。

宏

C++中將一個標識符定義為一個字符串，源程序中的標識符用字符串代替。如：

#define ADD (x,y) x+y
result=ADD(2, 3);  // 使用 x+y替換

string

初始化string的方式

string s(4, ‘c‘)  // 初始化為"cccc"，直接初始化
string s2("hello")  // 直接初始化
string s3 = "hello"  //拷貝初始化
其他初始化方式省略

string的操作

getline(is, s)  //從is中返回一行賦值給s，返回is
其他操作省略

string::size_type類型

string.size() // 返回string.size_type，實際上是一個無符號整型數

string +


    string cs1 = "hello";
    string cs2 = cs1 + "," + "world";
//    string cs3 = "hello" + "world" + cs1; // 不能直接使用字面量相加

不能直接使用字面量相加，因為由於歷史原因，字符串字面值與string不是相同的類型

string 字符的操作

使用for循環叠代操作string中的字符，註意如果需要修改字符，需要使用引用，如下所示：

    string fs("Hello,world");
    for (auto &item : fs)
        item = toupper(item);
    std::cout << fs << std::endl;  // 輸出HELLO,WORLD

使用索引來訪問字符串中的元素，需要註意的是，索引的類型也是 string::size_type

在c++標準中並不要求檢查下標是否合法，如果一個下標超出了範圍，則可能有不可預知的後果。

vector的初始化

c++提供多種初始化方式

vector<int> v1 = {1,2,3}  // 拷貝初始化
vector<int> v2 {1, 2, 3}  // 列表初始化
vector<int> v3(10, 1)  //初始化10個1

vector的長度： size函數返回的是vector對象中元素的個數，類型是vector<xxx>:size_type類型

試圖用下標的形式訪問一個不存在的元素將引發錯誤，不過這種錯誤不會被編譯器發現，而是在運行時產生一個不可預知的錯誤。（例如緩沖區溢出(buffer overflow)）

叠代器

使用叠代器：使用begin和end函數返回叠代器，其中begin成員負責返回指向第一個元素的叠代器，end成員函數返回指向容器（或string對象）尾元素的下一位置。

叠代器的*iter操作返回的是叠代器iter的引用？？是否可以將iter本身理解為引用？

    string sv = "some thing";
    if(sv.begin() != sv.end()){
        auto it = sv.begin();
        *it = toupper(*it);  // 使用*操作符解引用
    }

泛型編程：

在c++的for循環中，經常使用!=來替代java中的<=作為判斷是否跳出循環，這個是因為在c++的標準庫中，很多的容器類提供了!=的運算符而沒有<運算符，而很多時候又使用iterator來遍歷容器。

叠代器類型

如size_type一樣，我們一般不關心叠代器的具體類型。可以是iterator或者const_iterator。

使用新標準中提供的cbegin()和cend()，返回const類型的iterator

Dereference和member

以(*iter).empty為例，*iter的括號是必須的。如果沒有括號的話將會被解析為iter.empty member，而iter是一個叠代器沒有empty member。

於此同時，c++中提供了->運算符，這個就等於(*it).

使用iterator的不能使用iterator.add()來添加元素到容器中。

vector和string提供了額外的操作，如下表所示：

技術分享圖片

使用iterator的減法返回有符號數類型的difference_type

值得註意的是，叠代器只定義了減法運算而沒有加法運算。

Array

字符數組

由於字符串由‘\0‘結束，所以在初始化char型數組時需要比字面量空間更大。

數組的初始化必須是一個初始化列表，不能用一個數組給另一個數組賦值，如下：

int[] a = {1, 2, 3};
int[] a2 = a;  // Error，不能使用數組賦值

復雜的數組聲明

int (*Parray)[10] = &arr; // Parray是一個指針，指向大小為10的數組，數組類型為int

int (&arrRef)[10] = arr; //arrayRef是一個引用，引用的對象是一個大小為10的int類型的數組

在理解復雜的數組聲明時，使用由內而外的理解方法去理解。

Eg: int *(&array)[10] = ptrs; // array是一個引用，引用的對象是10個int類型的指針(Reference to an array of ten pointers)

通過下標訪問數組

通常使用sizt_t類型來定義數組的長度。

數組和指針

一般情況下，我們使用數組，編譯器會自動將指針指向數組的第一個元素。

string nums[] = {"1", "2", "3"};
string *p = &nums[0];
string *p2 = nums;  //equivalent to p2 = &nums[0]

使用auto和decltype的類型：

int ia = [1, 2, 3];
auto ia2(ia2);
auto ia2(&ia[0]);  // ia2的類型是int*

C++11中引入了新的獲取起始指針和尾指針的函數：begin()和end()，包含在iterator header

兩個指針相減的結果是ptrdiff_t，類似於size_t，定義在cstddef header中。

可以使用指針來操作數組，參照如下例子：


int *p = &ia[2]; // p points to the element indexed by 2
int j = p[1];  // p[1] is equivalent to *(p+1)
int k = p[-2]; // equivalent to ia[0]，可以使用減法指向之前的元素

內建的數組下標可以是負數，而vector等類型的下標必須是無符號數

c語言中的string

在c標準庫中定義了一種字符串的convention，以‘\0‘結尾，定義在<string.h>中（對應c++中的cstring）

並且c標準庫中提供的函數並不會校驗傳入的字符數組是否合法，這可能會引發一些問題。

對於指針來說，如果指針指向的不是同一個對象，那麽指針之間的比較就沒有意義。

c語言中的字符串示例：

const char ca1[] = "Hello";
const char ca2[] = "World";
if(ca1 < ca2)  // undifined comparison。由於實際上是指向不同對象的兩個指針做比較

c語言字符串和c++字符串之間的互相使用：

可以使用c語言中的null itermiated char數組，用於初始化字符串
可以將c語言中的字符串用作操作數
c++中提供c_str()成員函數，用string初始化char[]

第4章：表達式

基礎

左值和右值

一個左值表達式的求值結果是一個對象或者一個函數。

當一個對象被用作右值時，使用的是對象的值，當一個對象用作左值時，使用的是對象的地址（在內存中的位置）

值溢出


    short short_value = 32767; // max value
    short_value ++;
    std::cout << "short_value:" << short_value << std::endl;  // 發生了溢出，不同的系統上結果可能不一樣（設置可能直接崩潰），值得記錄的是，java的現象跟c++是一致的。運行結果是-32768

c++中支持使用：not來作為非條件。

第5章： Statement

第6章：函數

try 塊

如果拋出了異常而且沒有合適的catch處理，則最終執行terminate函數，具體的處理方法與系統相關

參數

const參數

在函數定義時，使用const和不使用const是一樣的，因為使用const，頂層的const會被忽略掉。

關於const指針、引用參數的一些例子：

int i = 42;
const int *cp = &i; //正確，但是不能用cp改變i的值
const int &r = i; //正確，但是不能用r修改i的值
const int &r2 = 42;  //正確，指向常量
int *p = cp;  // 錯誤，指針類型不匹配
int &r3 = r;  // 錯誤，類型不匹配
int &r4 = 42;  // 錯誤，不能指向常量

可變形參的函數

c++支持initializer_list形參，支持同種類型不同個數的參數

同時支持可變長參數，但是一般僅僅用於和c語言交互的接口，因為很多對象不能正常的拷貝。

不要返回局部對象的引用或指針，否則將指向不可用的地址空間或對象

返回數組指針

int *p[10] ：10個指針的數組

int (*p)[10]：一個指針，指向10個整數數組

返回數組指針的方式：

typedef
聲明一個返回數組指針的函數
使用尾指針返回類型(auto func(int i)-> int(*)[10])
使用decltype

引用與之類似

調試幫助

Assert 宏

assert由preprocessor處理而不是編譯器，所以使用assert時是直接使用。

NDEBUG預處理變量

當使用

#define NDEBUG

在文件開始處時，代碼中的assert將不起作用，同時也可以在命令行中使用-D NDEBUG來設置。

除此之外，還可以使用NDEBUG來編寫一些根據NDEBUG的值判斷是否執行的代碼：

#ifndef NDEBUG
#endif

如果NDEBUG沒有定義，則上面塊中的代碼將被執行。

C++預處理器提供了一些用於調試的變量：

__func__ 當前函數
__FILE__ 當前文件
__LINE__ 當前行
DATE 編譯日期
TIME 編譯時間

重載

函數重載的選擇：所有數學轉換優先級都是相等的，如：

void test(float f);
void test(long l);
//調用test(1)時會出現ambiguous

C++中不能將const類型的引用賦值給普通類型的引用（暫時可以助記為初始化常量引用時的限制沒有普通引用多）

函數指針

定義類型： bool (*pf)(const string&)

可以直接使用函數指針來調用函數，而不需要進行解引用：

bool (*pf)(const string&);
pf("hello");
(*pf)("hello");

給函數指針賦值時，需要返回值類型和參數類型完全一致才可以賦值，函數指針之間不存在指針的轉換

函數指針指向重載函數時，需要指定具體使用的函數，通過確定的變量

函數指針作為參數，可以直接使用函數作為參數，該函數實際上會作為一個指針來處理：

void test(bool pf(const string&));
void test(bool (*pf)(const string&));

或者，也可以使用typedef和decltype來簡化代碼：

//Func和Func2是函數類型
typedef bool Func(const string&);
typedef decltype(test) Func2;
?
//Funcp和Funcp2是函數指針類型
typedef bool(*Funcp)(const string&);
typedef decltype(test) *Funcp2;

返回指針類型


//聲明函數指針
using F = int(int*);  // F是一個函數類型，而不是一個函數指針
using PF = int(*)(int*);  // PF是函數指針 
//定義函數指針
PF f1(int);
F *f1(int);
//上面的定義等於：
int (*f1(int))(int*);
//可以使用auto和decltype
auto f1(int) -> int(*)(int*)

例子：

string::size_type sumLength(const string&, const string&){
?
}
?
string::size_type largerLength(const string&, const string&){
?
}
decltype(largerLength) *getFunc(const string&);  //傳入函數名來獲取函數指針

Java程序員的C++回歸路（一）

.com always exp ica val c語言 ... put 操作前言：工作後吃飯的語言是java，同時寫一些python和js，在學習機器學習的時候發現有必要再熟悉一下c++，同時工作也有c++的使用需求。於是開始對照c++ primer自學，希望能夠對同樣是

Java程序員的C++回歸路（一）

第1章： 起始

First program

Input/Output

註釋

關於編譯器

C++中的類

第2章：基礎

C++的原始內建類型

初始化和定義

Declaration & Definition

作用域

復合類型

類型處理

struct

定義頭文件

字符串、vector

using

宏

string

叠代器

Array

第4章：表達式

基礎

第5章： Statement

第6章： 函數

try 塊

參數

重載

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