《C++游戏服务器开发入门到掌握》深入学习C++

准备

• 三大编译器： vs、gcc（gcc.gnu.org）、clang（www.llvm.org）
• 安装 gcc：

  sudo apt-get install g++

  然后按两下

  talbe

  看看有哪些版本，选择最新的安装。
• 增加 update 更新库：

  sudo add-apt-repository ppa:ubuntu-toolchain-r/test

  。g++ 安装失败有可能需要这样添加。
• 查看 gcc 版本：

  gcc --version

  。注意：如果自己选择安装了与默认不同的版本，则需要输入

  gcc-8 --version

  查看。
• 安装 make：

  sudo apt-get install make

  。相比于windows环境下 VS 的工程创建不一样，linux 下必须要自己 make。规则本身简单，但是要写得好的话比较繁锁。（.h 文件修改要保持 make 更新的话，就需要在 makefile 文件中添加大量的 .h）
• 编写 makefile：

  hello:hello.o

  g++ -o hello hello.o

  hello.o:main.cpp

  g++ -c -o hello.o main.cpp

  四行拼起来。
• **安装 cmake：**手写 makefile 太复杂，用一些更高级的包装软件。

关键字

• 代替键盘上的字符：

  and

  、

  and_ep

  、

  bitand

  、

  bitor

  、

  compl

  、

  not

  、

  not_eq

  、

  or

  、

  or_eq

  、

  xor

  、

  xor_eq

  。
• constexpr： 编译期间能确定函数的返回值，直接用该值优化。
• const_cast：

  const int j = 3; int *p = const_cast<int*>(&j); *p = 4;

  有坑不要往里跳，代码中出现这种情况，说明设计有一定的问题。
• decltype： （declared type）

  decltype(a->x) y; // 类型和a->x一样。

  、

  decltype((a->x)) z = y; // y的引用。

  表面看起来还没有auto好用。实际上是和auto一起用于模板编程中

  template<typename T, typename U> auto add(T a, U b) -> decltype(a+b) { return a+ b; }

  后置返回类型。
• dynamic_cast： 去除动态转换。指针转换失败可以用是否为空来判断，但引用转换失败则会抛出异常。在C类cast、static_cast、const_cast中效率最低，但正确性最高（在运行期会做检查）。
• enum： 不受命名空间限制，容易冲突。所以以前的代码习惯性会在变量名中加自己的前缀。而且它的大小是根据实现决定的。
• enum class： 增加了命名空间限制，使用起来就像类一样。还可以自定义取值范围。

  enum class NewColor : char { Red, Green, Blue };

  之前说的接口参数不建议用bool类型，此时就可以用enum class替代。
• explicit： 增强明确性。个人见解，不要怕麻烦，能用则用。
• export： 比较尴尬。只有一款不流行的编译器实现了这个功能。Java编译器开发者，两三个人就能完成。两个顶尖计算机科学家花了两年也没有实现。C++11明确指出export基本不用了。
• friend： 很少用到。
• goto： 功能过于强大，基本不用。
• namespace： 未命名的namespace只能在本文件中使用，类似于static全局变量。
• noexcept（C++11起）： 承诺函数不抛出异常，便于编译器优化。后面还可带括号

  void f(int) noexcept(false) {}

  。和以前的

  void f(int) throw() {}

  一样。不太建议使用，需要像标准库一样严谨。
• nullptr（C++11起）： 是一种类型，用于模板编程中固定为指针类型，如果是传入0或者NULL，模板是识别不出来指针类型的，nullptr就省略了(int*)0强转这一步。
• operator： 便于库的编写者用处比较大一些，对于普通C++程序员最好不用，带来的坏处比带来的好处还要多一些。
• register： 定义的变量放到寄存器里（建议编译器），提高速度。现在基本不用。
• reinterpret_cast： 几种cast总结：相对于C风格cast意图和分工更明确。除dynamic_cast以外，其他的都可以用C风格代替。建议使用C++版本的。
• requires（概念TS）： C++17可能会用到。
• **static_assert：**编译时期确定。assert 是在运行时期确定的。

类

三个基本法则

• 资源管理： Java不需要手动释放只是说内存，除此之外还有文件句柄，网络连接。
• 三法则： 如果需要自己管理资源。析构函数、复制构造函数、赋值运算符。如果确实不需要复制对象，（C98中将复制构造函数、赋值运算符声明为private，但不实现它，链接时检查）（C++11中可以在private声明中 = delete，编译时检查）（继承boost::noncopyable可以省去写代码）
• C++诟病： 太多的复制。

  vector<int> v = makeVector();

  创建了临时变量，有没有办法将它利用起来。（C++采取了右值引用）
• 左值和右值： 名字、类型、值。能取地址的通常是左值。右值无法取地址。
• 右值引用： 以前引用必须是可取地址的，

  int& la = 1;

  是错误的，但引入右值引用后

  int&& ra = 1;

  可以。
• 新法则： 利用右值引用可以重载复制构造函数和赋值运算符。
• std::move(b)： 将括号中的元素变换为右值。目的是把部分资源从右边直接移动到左边来（C++11之前没有区别）。因为对于右值来说，通常是临时变量，移交所有控制权。移交后的对象是完整的，但资源被抽干了，可以使用，但是不建议。
• 右值转换： 右值可以转换为const引用。

  print(const int& a); print(1);

• delete规则： delete空指针没有问题，但是delete两次非空指针是会出问题的。

40、虚函数遇到构造析构就退化了

• 面向对象： 1、数据的封装；2、类的继承；3、函数的多态。

41、重新审视 auto

• 类型推导： 自动推导 = 号右边的数据类型，包括值和指针。
• range for： 自动遍历。优点是书写简单，运行效率高。缺点是必须全部遍历，没办法选取一半。

42、左值引用和右值引用（不考虑模板）

• 花括号构造： 更方便。但不允许有编译警告的值转换。比如 double 转 int 。
• 类成员初始化： 可以直接在定义的地方赋值。书写简单，不容易漏掉。如果不需要特殊的初始化，也要习惯地用默认值初始化，现在就可以用

  int m_value {};

  即可。
• 构造转发： 没有用到，所以没讲。
• 右值引用： 值可以改变。

  int&& a = 10; a = 20;

  。
• 右值引用： 不能直接等于左值，需要借助

  std::move()

  。

45、用 weak_ptr 打破循环引用

• 初始化： 用智能指针对象初始化。
• lock()：

  auto p = weakObj.lock();

  如果有其它引用技术，则增加一份引用技术，返回智能指针对象，否则返回空。
• 重置： 当引用的对象调用 reset() 之后，就过期了。
• expired()： 是否过期（不会生成引用技术）。

ObjectPtr obj3(new Object(2));	// 会调用两次new()
ObjectPtr obj4 = obj3;	// 拷贝操作非原子操作，比较复杂，尤其是在多线程编程中
ObjectPtr obj5 = std::make_shared<Object>(3);	// 保证只会调用一次new()

• 优先考虑： 如果有可能，优先使用类的实例，其次使用

  std::unique_ptr

  ，万不得已使用

  std::shared_ptr

  。

49、lambda 函数

// 作为本地变量
auto local = [](int a, int b) {
std::cout << "a " << a << ", b" << b << std::endl;
}
local(1, 2);
// 作为参数
template<typename Func>
void printUseFunc(Func func, int a, int b) {
func(a, b);
}
printUseFunc([](int a, int b) {
std::cout << "a " << a << ", b" << b << std::endl;
},
1, 2);
// 也可将外部参数传递进去
int a = 1;
int b = 2;
// [&a, &b]引用 or [=]全部采用 or [&]全部引用
auto local = [a, b]() {
std::cout << "a " << a << ", b" << b << std::endl;
}
local();
// 这一切与Lua中的function功能相似

• 优点： 本质是inline函数，效率高于普通函数调用。算法中作为算子；网络编程中使用。

STL之容器

50、概述

• 内容： 算法、容器、迭代器。
• 序列式容器：

  array/vector/deque/list/forward_list

  ，实现方式数组（遍历最快）或者指针。
• 关联式容器：

  set/map/multiset/multimap

  ，实现方式二叉树（平衡二叉树（查找最差lgn）、红黑树）。
• 无顺序容器：

  unordered_map/unordered_set/unordered_multimap/unordered_multiset

  ，hash table（哈希表（查找遍历比

  map/set

  都快））。
• 总结： 清楚实现方式可以在使用时更好的评估代价。
• 比较重要的三种数据结构：

  stack

  栈，

  queue

  队列，

  priority_queue

  优先级队列。对以上的容器做封装、简化。
• 还有一些容器：

  string

  字符串其实是对字符封装的容器。

  bitset

  对于表示对错效率更高。
• 新鲜血液：

  regex

  正则表达式，匹配文本。

  rand/thread/async/future/time

  ，写服务器要利用多核变得高效，就要经常用到这些东西。

51、容器保存的是什么

• 容器内元素的条件： 1、必须可以复制（copy）或者搬移（move）；2、元素必须可以被赋值操作开复制或者搬移。

  =

  赋值操作符；3、元素可以被销毁。
• 不同的容器特殊的要求： 1、序列容器要求元素必须有默认构造函数；2、对于某些操作，元素需要定义

  ==

  ，比如

  std::find

  ；3、关联式容器需要定义

  <

  ；4、无顺序容器要提供一个

  hash

  函数。
• stl 容器里面存的是元素的值而不是引用： 对于我们自己定义的类，里面到底存的什么东西呢？
• stl 设计原则： 效率优先、安全为次，并且基本没有处理异常（只有两个函数）。（错误检查是需要消耗性能的。）

52、容器的通用接口

• 通过对接口进行编程： 1、类的派生和继承；2、通过模板（STL主要就是采取这种方式）。
• size()：

  forward_list

  不支持。
• clear()：

  std::array

  不支持。
• <：

  unordered

  系列不支持。
• max_size()： 很少用到。
• e.swap(g)/swap(e,g)： 交换容器内容。

  std::array

  比较特殊，耗时是线性增加的，其他的都很快O1。
• cbegin()： 返回

  const &

  迭代器。（begin()返回二者皆可能）
• 总结：

  forward_list

  很少用到，

  std::array

  几乎可以用

  vector

  代替。

53、std::array

• 特点： 可以和C的接口做对接。
• 获取元素：

  arr[i];

  越界直接崩溃；

  arr.at(i);

  越界抛出异常；

  std::get<i>(arr);

  编译前检查是否越界（tuple的用法）。
• 其他函数：

  arr.front();

  、

  arr.back();

• tuple： C++11一个非常强大的数据结构，比以前常用的如pair，vector等都要强大很多。

54、std::verctor

• 特点： 可以和C的接口做对接。
• front()、back()： 调用前需要检查

  empty()

  ，因为为空时是未定义的。array不会有这样的问题。
• pop_back()： maybe_wrong，要判断是否为空。并且多线程下要注意。
• clear()： 清理所有元素，但不会降低内存。
• shink_to_fit()： C++11才有的。建议capacity()根据size()降低使用内存。
• emplace()： 和copy/move操作相关。
• 特殊： 绝对不要存bool值

  std::vector<bool>

  ，感兴趣可以自己查文档。

55、std::deque

• 特点： 随机访问元素，末端和头部添加删除元素效率高，中间低。元素的访问和迭代比vector要慢（内存是分开一块一块的），迭代器不是普通的指针（可理解为智能指针）。不能和C的接口做对接。
• 不同点： 没有

  capacity()

  、

  reserve(100)

  ，但是有

  shrink_to_fit()

  ，其他都与vector相同。

// 存储世界聊天内容
using Buffer = std::vector<char>;
using Group = std::deque<Buffer>;

56、std::list

• 特点： 不支持随机访问，访问头部尾部元素速度快。对于异常支持好。
• 不同点： 和vector相比，没有

  capacity()

  、

  reserve(100)

  、

  shrink_to_fit()

  。
• 不能随机访问： 不支持

  list[0]

  和

  list.at(0)

  。deque的存储方式是一块一块的，list的存储方式是一个一个的。

// 找到中间元素
auto iterBegin = a.begin();
// 初学者方法
for (int i = 0; i < 4; ++i)
++iterBegin;
// 高级一点的方法
std::advance(iterBegin, 4);
auto iter5 = std::next(iterBegin, 4);
// 但最好不要出现这样的情况，如果频繁访问中间元素，而不是插入删除，可能用别的container会好一些。

// 算法
b.remove(1.0f); // 值等于1.0f的全部删除
b.remove_if([](auto v) { return v > 100.0f; }); // 传入比较条件，满足的全部删除。
b.reverse(); // 反转列表
b.sort(); // 默认以"<"排序。// stl的std::sort(a.begin(), a.end());对于list编译出错，所以list自带sort()方法。
g.sort();
b.merge(g); // 合并两个排好序的列表。
c.unique(); // 去重排好序的列表。没排好序的也能去重，只不过结果不对。1 1 2 2 1 1 3 4 -> 1 2 1 3 4
c.splice(c.begin(), b); // 在c的某个位置插入整个b。

总结： 在使用list和算法的时候，优先考虑list自身的算法，更高效。

57、std::forward_list

• 特点： C++11引入。不支持随机访问，访问头部元素速度快。对于异常支持好。有些接口看起来和list一样，但却有着细微的差别。
• 没有size()：

  forward_list

  和自己手写的

  c-style singly linked list

  相比无异，没有任何时间和空间上的额外开销，任何性质如果和这个目标抵触，我们放弃该特征。
• before_begin()： 返回头指针的前一位置。只能用于自身的一些算法，不能用于std通用算法。
• erase_after()： 删除传入迭代器之后的元素，返回void（list返回下一指向的迭代器）。
• insert_after()： 在传入的迭代器之后插入元素，返回指向插入元素的迭代器。
• splice_after()：

  c.splice_after(c.before_begin(), b);

58、智能指针的一个陷阱

// 单次消耗时间对比（纳秒）
int		1.00
int*		1.23
SharedPtr	1.49
weakPtr	14.64

第三方程序： celero::Run(argc, argv);
总结： 频繁使用、循环遍历（玩家或怪物列表），不建议使用weak_ptr。

59、std::set

• 特点： 耗时O(logn)，适合频繁插入删除查找元素，并且按照顺序排列的场景。和list一样，有自己的保存方式，需要消耗额外内存。（父节点+左节点+右节点+前置节点+后置节点）五个指针 * 8 = 40Byte。
• pair： 其实就是个含有first、second的数据结构。
• 成员算法：

  a.count(1.0f);

  、

  a.find(1.0f);

  、

  a.lower_bound(3); // 返回第一个大于等于该值的迭代器位置

  、

  a.upper_bound(3); // 返回第一个大于该值的迭代器位置

  、

  a.equal_range(3); // 返回lower和upper的pair

  。
• insert()： 对于set返回pair<Iterator, bool>，multiset肯定是成功的。

60、std::set（第二部分）

• 用起来不方便： 1、迭代器获取到的值是const，不能改变值（set根据值排序，想想如果值改变了，顺序是不是就乱了）；2、查找也是通过值来查找，值满足条件即可，不能保证除此以外的符合条件（Person类有age和name，创建时要传入第二个参数决定排序的依据，所以查找时也是依据这个）。
• 坑： 即使重载了==运算符，也只有std::find（线性耗时）能找到，set本身的find（logn耗时）还是通过构造传入的比较类（第二个参数）进行查找。
• 应用场景： 一般用来存指针或者智能指针，或者基本类型的值。用的非常少，等待网络信息的socket（指针）存入set，主逻辑用的非常少。

61、std::map

• 特点： 使用频率仅次于vector，有的场景甚至排第一。内部是pair这点和set一样，只不过封装的接口不一样。
• 注意： find()返回的iterator实际为

  std::pair<const int, std::string>&

  ，如果将此赋值给

  std::pair<int, std::string>

  的对象或者引用对象又或者const引用对象，都会额外生成一个临时变量，很废。
• insert()： 对于map返回pair<Iterator, bool>，multimap肯定是成功的。
• 插入方式变化： 以前的insert()方式有限，推荐用C++11新特性emplace()，方法更多效率更高，键入字母也少。（讲解类型推导有点深奥）。
• 第三种插入方式[]： 因为没有的会创建，所以要求value的类型有默认构造函数。表达式等同于返回value的引用（没有就新建）。
• 第四种插入方式at()： C++11引入的，有则返回引用，没有就抛出异常。
• 总结： 实际生产中建议使用find()。虽然有点繁琐，但可以包装一下。

auto findIter = b.at(10);
if (findIter != std::end(b) /* b.end() */) {
auto& v = (*findIter).second;
} else {

}

// 包装
template <class Map>
typename Map::mapped_type get_default(
const Map &map, const typename Map::key_type &key,
const typename Map::mapped_type &dflt = typename Map::mapped_type()
) {
auto pos = map.find(key);
return (pos != map.end() ? pos->second : dflt);
}
auto info = get_default(b, 10);
if (info.empty()) {

} else {

}

62、std::unordered set/map

• 优点： C++11引入的查找速度比set/map的O(logn)还要快。
• 缺点： 1、没有排序（对于明确要求排序的场景不适用）；2、平摊下来的速度是常量的，但也有极端情况（未讲）；3、美国测试：一千万以下unordered优于set，一千万以上就反过来了（数量多hash算法会重复，然后会重新排列结构）（不过对于我们日常开发，不会到达千万级）。
• 模板参数： 可传5个参数，好在后面3个有默认值。在某本书上说过，你写的模板类每多一个模板参数，就会让潜在的用户减少一半。第4个参数主要用于处理不同key但hash值一样的情况。
• 模板类特化： 对于已经存在的模板类，指定其中一个模板参数的实现方式，成为模板类特化，实际用的很少。这里举例实现hash用到。
• hash评测： 一个好的hash算法，就是冲突尽可能地少，例子中只是简单的实现，比较挫。第二个例子会好很多，但是你无法证明冲突是最少的。第三个例子是经过数学证明的一种非常好的方法（来自boost库，具体原理讲师也不知道）。

参考自《C++游戏服务器开发入门到掌握》教学视频。

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