C++面向?qū)ο蟾呒?jí)編程 part2

@(boolan C++)[C++]
2017-10-22 14:17:56 / helingchao

概述

本章節(jié)內(nèi)容主要講述如何設(shè)計(jì)class with pointer畴博，以string為例涉瘾。

#ifndef __MYSTRING__
#define __MYSTRING__

class String
{
public:                                 
   String(const char* cstr=0);                     
   String(const String& str);                    
   String& operator=(const String& str);         
   ~String();                                    
   char* get_c_str() const { return m_data; }
private:
   char* m_data;
};

#include <cstring>

inline
String::String(const char* cstr)
{
   if (cstr) {
      m_data = new char[strlen(cstr)+1];
      strcpy(m_data, cstr);
   }
   else {   
      m_data = new char[1];
      *m_data = '\0';
   }
}

inline
String::~String()
{
   delete[] m_data;
}

inline
String& String::operator=(const String& str)
{
   if (this == &str)
      return *this;

   delete[] m_data;
   m_data = new char[ strlen(str.m_data) + 1 ];
   strcpy(m_data, str.m_data);
   return *this;
}

inline
String::String(const String& str)
{
   m_data = new char[ strlen(str.m_data) + 1 ];
   strcpy(m_data, str.m_data);
}

#include <iostream>
using namespace std;

ostream& operator<<(ostream& os, const String& str)
{
   os << str.get_c_str();
   return os;
}

#endif

big three

所謂big three即：

1. 拷貝構(gòu)造
2. 拷貝賦值
3. 析構(gòu)

1. 編譯器提供的默認(rèn)函數(shù)

聲明一個(gè)空類

聲明一個(gè)空類，如下：

class Empty {
}

C++會(huì)為上面定義的Empty類，提供默認(rèn)的成員出革。效果等同于如下定義：

class Empty {
public:
Empty() {...};
~Empty(){...};
Empty(const Empty& rhs){...};
Empty& operatpr = (const Empty& rhs) {...};
}

C++提供的默認(rèn)函數(shù)

• default 構(gòu)造函數(shù)
• copy構(gòu)造函數(shù)
• 析構(gòu)函數(shù)
• copy assignment函數(shù)

原則 01： C++默認(rèn)提供的函數(shù)僅在被調(diào)用時(shí)，編譯器才會(huì)創(chuàng)建它們渡讼。
注意：這四個(gè)函數(shù)都是public和inline的骂束。

默認(rèn)函數(shù)的行為都是什么

default構(gòu)造和析構(gòu)函數(shù)

default 構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)主要是給編譯器一個(gè)地方放置“藏身幕后”的代碼。

• default構(gòu)造函數(shù) ：調(diào)用base classes和non-static 成員變量的構(gòu)造函數(shù)成箫。
• 析構(gòu)函數(shù) ：調(diào)用base classes和non-static 成員變量的析構(gòu)函數(shù)展箱。

注意： non-static成員的說(shuō)法，static 類成員不在default構(gòu)造函數(shù)的初始化范圍內(nèi)蹬昌。

copy構(gòu)造函數(shù)和copy assignment

單純的將對(duì)象的每一個(gè)non-static成員拷貝到目標(biāo)對(duì)象混驰。

用戶需要重新定義copy構(gòu)造函數(shù)和copy assignment的場(chǎng)景

類中包含以下類型成員

• 引用類型
• 指針類型
• const類型

2. 字符串設(shè)計(jì)

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1. 用指針保存存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的地址，不用數(shù)組皂贩。好處在于靈活的存儲(chǔ)栖榨，無(wú)需考慮設(shè)計(jì)多大的數(shù)組。

實(shí)際是一種動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)思想與靜態(tài)存儲(chǔ)思想之間的決策明刷。

3. ctor & dtor

inline string::string(const char* cstr= 0) {
    if (cstr) {
        m_data = new char[strlen(cstr)+1];
        strcpy(m_data,cstr);
    }
    else {
        m_data = new char[1];
        m_data[0] = '\0';
    }
}

inline string::~string() {
    delete[] m_data;
}

字符串的兩種形式：

1. 串+‘\0’
2. 長(zhǎng)度字段+串

4. copy ctor & copy op =

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淺拷貝 vs. 深拷貝

在copy對(duì)象時(shí)僅copy指針成員屬于淺copy, 創(chuàng)建新的內(nèi)存并將指針的內(nèi)容copy到新內(nèi)存是深copy婴栽。

在class with pointer 默認(rèn)的copy ctor & copy op = 使用的是淺拷貝。

淺拷貝造成的問(wèn)題：

淺拷貝會(huì)造成 alias(別名) 和 memory leak

alias 與 野指針/懸空指針

單一個(gè)內(nèi)存單元被多個(gè)對(duì)象所只向時(shí)辈末，可以看作是該內(nèi)存單元存在了別名愚争。

// p_a 與p_b 構(gòu)成了alias 
int *p_a = new int();
int *p_b = p_a;

alias引入的問(wèn)題：
內(nèi)存單元被釋放時(shí)，其他地點(diǎn)的別名可能不知道該內(nèi)存以被釋放挤聘，繼而繼續(xù)使用該內(nèi)存轰枝，產(chǎn)生不確定的行為（undefined behavior）。

1509262248771.png

什么是懸空指針(dangling pointer)?

If a pointer still references the original memory after it has been freed, it is called a dangling pointer.

懸空指針是指針最初指向的內(nèi)存已經(jīng)被釋放了的一種指針组去。

什么是野指針(wild pointer)?

A pointer in c which has not been initialized is known as wild pointer.

野指針(wild pointer)就是沒(méi)有被初始化過(guò)的指針.

5. 拷貝賦值/copy assignment operator

string& string::operator = (const string& str_r) {
    if (this == &str_r) {  // 自我檢測(cè)
        return *this;
    }

    delete[] m_data;
    m_data = new char[strlen(str_r.m_data) + 1];
    strcpy(m_data, str_r.m_data);

    return *this;
}

注意??：
拷貝賦值中的自我檢測(cè)

copy op=的動(dòng)作:

1. 清空已有的數(shù)據(jù)
2. 創(chuàng)建新內(nèi)存
3. 拷貝

拷貝構(gòu)造與拷貝賦值的差別

1. 拷貝構(gòu)造是創(chuàng)建新對(duì)象鞍陨，拷貝已有對(duì)象到新對(duì)象
2. 拷貝賦值時(shí)，兩個(gè)對(duì)象都已經(jīng)被創(chuàng)建添怔。

基于上述兩點(diǎn)拷貝構(gòu)造無(wú)需檢測(cè)自我賦值湾戳，但拷貝賦值需要贤旷。

內(nèi)存管理

1. stack vs. heap

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stack， 是存在于某個(gè)作用域的一塊內(nèi)存空間砾脑。 例如函數(shù)被調(diào)用時(shí)幼驶，函數(shù)本身就會(huì)生成一個(gè)stack。

heap韧衣，是指由操作系統(tǒng)提供的一塊gloabl內(nèi)存空間盅藻，可由程序員動(dòng)態(tài)創(chuàng)建。

2. static object & global object

兩者在生命周期都是在main結(jié)束之后畅铭，程序結(jié)束之后才結(jié)束氏淑。

3. new: 先創(chuàng)建內(nèi)存，后調(diào)用ctor

1509262367694.png

new的三個(gè)步驟

// 原始語(yǔ)句
complex* pc = new complex(1,2);
// 編譯器內(nèi)部轉(zhuǎn)換后的遇見(jiàn)
void* mem = opreator new(sizeof(complex));  // 1. 分配內(nèi)存
pc = static_cast<complex*>(mem);  // 2. 類型轉(zhuǎn)化
pc->complex::complex(1,2);  // 3. 調(diào)用構(gòu)造函數(shù)

成員函數(shù)的調(diào)用過(guò)程

哪個(gè)對(duì)象調(diào)用類成員函數(shù)硕噩，（編譯器）默認(rèn)將該對(duì)象的指針傳給被調(diào)用成員函數(shù)this假残。

pc->complex::complex(1,2);

complex::complex(pc,1,2);

3. delete：先調(diào)用dtor, 后釋放內(nèi)存

1509262410676.png

4. array new 一定要搭配 array delete

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擴(kuò)展補(bǔ)充：類模版..

1. C++對(duì)象內(nèi)存模型

1. non-static 數(shù)據(jù)成員
2. static 數(shù)據(jù)成員
3. non-static 成員函數(shù)
4. static 成員函數(shù)

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1. static 數(shù)據(jù)成員/static成員函數(shù)/none -static成員函數(shù) 全局只有一份。
2. none-static數(shù)據(jù)成員每個(gè)對(duì)象各有一份

this指針

哪個(gè)對(duì)象調(diào)用成員函數(shù)炉擅，哪個(gè)對(duì)象的指針就會(huì)作為參數(shù)傳遞給成員函數(shù)的this指針

complex c1;
c1.real();
complex::real(&c1);

1. none-static 成員函數(shù)通過(guò)this指針將處理不同對(duì)象的non-static數(shù)據(jù)辉懒。
2. this pointer如何傳遞：non-static 成員函數(shù)是全局唯一的，哪個(gè)對(duì)象調(diào)用ns成員函數(shù)就將哪個(gè)對(duì)象的地址作為this指針傳遞給ns成員函數(shù)

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static 成員

static成員脫離于對(duì)象谍失。成員函數(shù)也是脫離于對(duì)象眶俩。

1. static 成員函數(shù)沒(méi)有this pointer
2. st 成員函數(shù)只能處理 st數(shù)據(jù)
3. st成員函數(shù)沒(méi)有this指針?biāo)圆荒芴幚矸莝t數(shù)據(jù)

靜態(tài)數(shù)據(jù)要在classbody外定義，定義時(shí)不要添加static聲明快鱼。

class acount{
    static int a;
}

int acount::a;  // 類st成員定義

1. st 成員數(shù)據(jù)要在class body 外“定義”颠印。這里是定義，因?yàn)橐峙鋬?nèi)存抹竹。
2. static 成員函數(shù)的兩種調(diào)用方式：object調(diào)用线罕，classname 調(diào)用。

設(shè)計(jì)static成員的原則

如果數(shù)據(jù)是在對(duì)象間通用的柒莉，則將該數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)為類的static成員闻坚。

static 版本的singleton

class singleton {
public:
    static singleton& get_instance() {
        static singleton a;
        return a;
    }
private:
    singleton() {};
    
}

cout

1509263864546.png

class template

1509263880945.png

function template

1509263907947.png

argument deduction （實(shí)參推導(dǎo)）：

1. argument deduction （實(shí)參推導(dǎo)）：不同于class template ， function template 在使用時(shí)不用指定具體類型

名稱空間