C++复习笔记

C++主要是参考《深度探索C++对象模型》这本书来复习的，这本书把C++对象模型讲解的非常透彻，之前也阅读过了《C++ Primer》和《Effective C++》，后面两本书也讲的很好。 下面主要是《深度探索C++对象模型》中的笔记。

member functions虽然在class的声明之内，但却不会出现在object之中，每一个non-inline member function 只会诞生一个函数实例。至于每一个“拥有零个或一个定义”的inline function 则会在其每一个使用者身上产生一个函数实例。

C++在布局以及存取时间上的主要额外负担是由virtual引起的，包括：

1. virtual function机制 ，用于支持一个有效率的“执行期绑定(runtime binding)”。

2. virtual base class ，用以实现“多次出现在继承体系中的base class，有一个单一而被共享的实例” 。

C++有两种class data members：static和非static。

三种class member functions:static,non-static,virtual。

对于object的多态操作，要求此object必须经由一个pointer 或者reference来存取。

需要多少内存才能够表现一个class object，一般而言主要有：

1. 其non-static data members的总和大小

2. 加上任由由于alignment 的需求而填补上去的空间，可能存于members之间，也可能存于集合体边界。

3. 加上为了支持virtual 而由内部产生的任何额外负担

有4种情况，会造成“编译器”必须为未声明construct的class合成一个default construct:

1. 类里面存在member object时

2. 类存在继承体系，base class的default construct

3. 类里面存在virtual function 时

4. 类继承体系中出现virtual base class时

有3种情况会以一个object的内容作为另一个object的初值：

1. 以一个object显式地初始化操作

2. 当object当做参数传递给某一个函数

3. 函数返回object

一个class object可用两种方式复制得到，一种是被初始化（copy construct） ,另外一种是被指定（assignment） 。

什么时候一个class不会呈现出一种“bitwise copy semantics” 呢？有4种情况：

1. 当class内含一个member objct，而后者的class声明有一个copy constructor(不论是被class设计者显式地声明，或者是被编译器合成)。

2. 当class继承自一个base class ，而后者存在一个copy constructor

3. 当类声明一个或多个virtual functions 时

4. 当class 派生自一个继承串链，其中有一个或多个virtual base classes 时

编译器间的两个程序扩张操作（只要有一个类声明了一个或多个virtual functions就会如此） ：

1. 增加一个virtual function table (vtbl) ,内含每一个有用的virtual function 的地址

2. 一个指向virtual function table 的指针（vptr），安插在每一个class object内

当class object以“相同class的另一个object”作为初始，其内是以所谓的default memberwise initialization手法完成的，也就是把每一个内建的或者派生的data member的值，从某一个object拷贝一份到另外一个object上，不过它并不会拷贝其中的member class object ，而是以递归的方式施行memberwise initialization 。

在下列情况下，为了使程序能够被顺利编译，必须使用一个member initialization list ：

当初始化一个reference member 时

当初始化一个const member 时

当调用一个基类 的constructor,而其有一组参数时

当调用一个member class 的 constructor 时，而它拥有一组参数时

member list 中的顺序是由member 中的声明顺序来决定的

编译器会对initialization list 一一处理并可能重新排序，以反映出members 的声明顺序，它会安插一些代码到constructor中，并置于任何explicit user code 之前。

1. 编译器自动加上的额外data members ，用于支持某些语言特性（主要是各种virtual特性）

2. 因为alignment (边界调整)的需要

static member不可能做到两点：

直接存取non-static 数据

被声明为const

static member function 的主要特性是没有this指针，次要特性：

它不能够直接存取其class的non-static members

它不能够被声明为const，volatile或virtual。

它不需要经由class object才能调用

单一继承的虚成员函数 ：

一个class只会有一个virtual table，每一个table内含其对应之class object中所有active virtual functions函数实例的地址，这些active virtual functions包括：

这一class所定义的函数实例，它会改写（overriding）一个可能存在的base class virtual function函数实例

继承自base class的函数实例，这是在derived class 决定不改写virtual function 时才会出现的情况

一个per_virtual_called函数实例 ，它既可以扮演pure virtual function的空间保卫者，也可以当做执行期异常处理函数

当一个类派生时，会出现3种情况：

它可以继承base class所声明的virtual functions的函数实例，正确地说是，把函数实例的地址拷贝到derived class 的 virtual talbe 的相应slot中去

它可以使用自己的函数实例，这表示它自己的函数实例地址必须放在对应的slot中

它可以加入一个新的virtual function，这时候virtual table的尺寸会增大一个slot,而新的函数实例地址会被放进该slot中。

constructor 可能内含大量的隐藏码，因为编译器会扩展每一个constructor，扩充程度视class的继承体系而定，一般而言编译器所做的扩充操作大约如下：

1. 记录在member initialization list 中的 data member 初始化操作会被放进constructor的函数本体，并以member的声明顺序为顺序

2. 如果有一个member并没有出现在member initialization list 中，但它有一个default constructor，那么该default constructor 必须被调用

3. 在那之前，如果类对象有virtual table pointer（s） ,它（们）必须被设定初值，指向适当的virtual talbe(s)

4. 在那之前，所有上一层的base class constructor 必须被调用，以base class的声明顺序为顺序（与member initialization list中的顺序没有关系)

如果base class 被列于member initialization list 中，那么任何显示指定的参数都应该被传递进去

如果base class 没有被列于member initialization list 中，而它有default constructor(或default memberwise copy constructor ) ,那么就调用之。

如果base class 是多重继承的第二个或后继的base class ,那么this指针必须有所调整。

5.在那之前，所有virtual base class constructors 必须调用，从左到右，从最深到最浅

如果class被列于member initialization list 中，那么如果有任何显示指定的参数，都应该传递过去，若没有列于list中，而class有一个default constructor，亦调用之

此外，class中每一个virtual base class subject 的偏移位置（offset）必须在执行期可被存取

如果class object是最底层的class，其constructor可能被调用；某些用以支持这一行为的机制必须被放进来

vptr的处理：

在base class constructor 调用操作之后，但在程序员供应的代码或是member initialization list 中所列出的members初始化操作之前。

constructor的执行算法如下：

1. 在derived class constructor 中，所有virtual base classes 及上层base class 的constructor会被调用

2. 上述完成之后，对象的vptr 会被初始化，指向相关的virtual tables

3. 如果有member initialization list 的话，将在constructor体内扩展开来，这必须在vptr被设定之后才做，以免有一个virtual member function被调用

4. 最后，执行程序员提供的代码

如果显示地拒绝把一个class object指定给定一个class object

1. 将其声明为private(只能在member function及friend中调用)

2. 不提供定义（调用时链接会失败）

destructor的扩展顺序：

1. destructor的函数本体被执行

2. 如果class拥有member class objects，而后者拥有destructors，那么它们会以其声明顺序相反的顺序被调用

3. 如果object内含一个vptr，那么需要重设vptr，指向适当之base class的virtual table

4. 如果有任何直接的non-virtual base class拥有destructor，它们会以其声明顺序相反的顺便被调用

5. 如果有任何virtual base class拥有destructor，而且前讨论的这个class是最尾端的class，那么它们会以其原来的构造顺序的相反顺序被调用

conversion 转换

三个著名的C++语言扩充性质，都会影响C++对象：

1. template

2. exception handling(EH)

3. runtime type identification(RTTI)

class expression template将在编译时期而非执行期被评估，因而带来重大的效率提升。

member functions 不应该被“实例化” ，只有在member functions 被使用的时候，C++ Standard才要求它们被实例化，主要有两个原因:

1. 空间和时间效率的考虑

2. 尚未实现的机制

不能将一个整数常数（除了0）指定给一个指针

目前的编译器，面对一个template声明，在它被一组实际参数实例化之前，只能执行有限的错误检查，template中哪些与语法无关的错误，程序员可能认为十分明显，编译器却让它通过了，只有在特定实例被定义后，才会发生抱怨，这是目前实现技术上的一个大问题。

Template之中，对于一个non-member name的决议结果，是根据这个name使用是否与“用以实例化该template的参数类型”有关而决定的，如果使用互不相关，那么就以“scope of the template declaration” 来决定name，如果其使用互有关联，那么就以“scope of the template instantiation” 来决定name。

一个编译器必须保持两个scope contents:

1. scope of the template declaration :用于专注于一般的template class

2. scope of the template instantiation:用于专注于特定的实例

C++的exception handing 由3个主要的语汇组件构成：

1. 一个throw子句，它在程序某处发出一个exception，被抛出去的exception可以是内建类型，也可以是使用者自定义类型

2. 一个或多个catch子句，每一个catch子句都是一个exception handler，它用来表示说，这个子句准备处理某种类型的exception，并且在封闭的大括号区段中提供实际的处理程序。

3. 一个try区段，它被围绕以一系列的叙述句，这些叙述句可能会引发catch子句起作用

当一个excpetion发生时，编译系统必须完成以下事情：

1. 检验发生throw操作的函数

2. 决定throw操作是否发生的try区段内

3. 若是，编译系统必须把exception type 拿来和每一个catch子句进行比较

4. 如果比较后吻合，流程控制应该交给catch子句手中

5. 如果thorw的发生并不在try区段中，或没有一个catch子句吻合，那么系统必须

（a)摧毁所有的active local objects

(b)从堆栈中将目前的函数“unwind”掉

（c）进行到程序堆栈的下一个函数中去，然后重复上述步骤2~5

下面是《Effective C++》中的一些笔记，《Effective C++》主要介绍的是C++编程中的一些陷阱和避免的方法。

C++中的四种编程范式（programming Paradigms）：

1. procedure_based 面向过程

2. objectb_based 基于对象

3. object_oriented 面向对象编程

4. generics 泛型编程

注意C++ 11中新增的Lambdal表达式算是对函数时编程的支持吧？？

lhs为left-hand-side：左端

rhs为right-hand-size：右端

如果自己没有声明，编译器就会为它声明（编译器版本的）一个copy构造函数，一个copy assignment操作符合一个析构函数，此外，如果你没有声明任何构造函数，编译器也会为你声明一个default构造函数，所有这个函数都是public且inline。

default构造函数和析构函数 主要是给编译器一个地方用来放置“藏身幕后”的代码，像是调用base class和non-static成员变量的构造函数和析构函数。注意，编译器产生的析构函数时个non-virtual，除非这个类的base class自身声明有virtual析构函数（这种情况下这个函数的虚属性virtualness，主要来自于base class）。

copy构造函数和copy assignment操作符，编译器创建的版本只是单纯地将来源对象的每个non-static成员变量拷贝到目标对象（static成员变量不会被拷贝）。

reference不能更改指向不同的对象。

如果打算在一个“内含reference成员”或“内含const成员”的类内支持赋值操作符，必须自定义copy assignment。这是由于更改reference或const成员都是不合法的。

如果某个base class将copy assignment操作符声明为private，编译器将拒绝为其derived class 生成一个copy assignemnt操作符，毕竟编译器为derived class生成的copy assignment操作符想象中可以处理的base class成分，但它们无法调用derived class无法调用的成员函数。

将成员函数声明为private而且故意不实现它们可以阻止copy assignment和copy构造。

如果用户企图拷贝对象，编译器会报异常。

如果member函数或friend函数如此做，链接器会报异常。

public，protected，private继承：



public继承

从语义角度上来说，public继承是一种接口继承（可以理解为子类对象可以调用父类的接口，也就有可能实现多态了）

从语法角度上来说，public继承后，关系见上图。很明显父类public成员在子类中仍然是public，所以子类对象可以调用父类的接口

protected继承

从语义角度上来说，protected继承是一种实现继承

从语法角度上来说，protected继承后，父类public和protected成员都变成子类的protected成员了，也就是说子类对象无法调用父类的接口，只能将父类的函数当作子类的内部实现，当然也就不符合“Liskov替换原则（LSP）”了。

private继承

从语义角度上来说，private继承是一种实现继承

从语法角度上来说，private继承后，父类public和protected成员都变成子类的private了，它比protected继承更严格。也就说这些父类的成员只能被继承一次，再继续继承，父类的成员就不可见了。private继承更不符合“Liskov替换原则（LSP）”了。

里氏替换(Liskov Substitution Principle,LSP)：面向对象设计的基本原则之一，里氏替换原则是说，任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现，LSP是继承复用的基石。只有当衍生类可以替换掉基类，软件单位的功能不受影响时，基类才能真正被复用，而衍生类也可能在基类的基础上增加新的行为。

当你编写一个copying函数时（拷贝构造函数或赋值操作符）请确保：复制所有local成员变量；调用所有base clas内适当的copying函数。

对象的布局方式和它们的地址计算方式随编译器的不同而不同。

inline在大多数C++程序中是编译器行为，inline只是对编译器的一个申请，不是强制命令。这项申请可以随时隐喻提出，也可以明确提出，隐喻方式是将函数定义于class定义式内。

编译器必须在编译期间知道对象的大小。

C++名称遮掩规则所做的唯一事情就是：遮掩名称，至于名称是否应和相同或不同的类型，并不重要。

接口继承和实现继承不同，在public继承下，derived class总是继承base class 的接口。

pure virtual函数只具体制定接口继承。

inpure virtual函数具体指定接口继承及缺省的实现继承。

non-virtual 函数具体指定接口继承以及强制实现继承。

在应用域（application domain），复合意味着has-a(有一个)，在实现域（implementation domain），复合意味着is implemented in terms of(根据某物实现出)。

private继承纯粹是一种实现技术，意味implemented in terms of，private继承在软件“设计”层面上没有意义，其意义只及于软件实现层面。

private继承意味is implement in terms of，它通常比复合的级别低，但是当继承类需要访问protected base class的成员，或需要重新定义继承而来的virtual函数时，那么实际是合理的。和复合不同，private继承可以造成empty base最优化，这对致力于“对象尺寸最小化”的程序库开发者而言，可能很重要。

声明template参数时，前缀关键字class和typename可互换。

请使用关键字typename标示嵌套从属类型名称；

但不得在base calss lists（基类列表）式或member initialization lists（成员初始列表）内以它作为基类修饰符。