CPP底层细节

面向对象

类与对象

类在编译时不占用内存空间，只是对象的模板。

对象创建时在栈或堆分配内存。

成员变量与成员函数

成员变量分别存储在堆或栈中；成员函数（编译时经过名字编码为对象无关的全局函数，传入this指针）共享内存。

• 静态变量

  静态成员变量存储在静态区，类的对象共享。

  静态成员函数存储在代码区，但不传入this指针。

构造函数

• 自动生成

  用户未定义构造函数，编译器自动生成默认构造函数；用户定义构造函数后，编译器不再自动生成。

• 初始化列表：对象类型，const类型，引用类型必须初始化构造。

  step1：分配内存空间

  step2：初始化成员变量

  step3：调用构造方法实现体

析构函数

对象类型会自动调用，指针类型需要delete调用。

三大特性

继承

• 虚函数

  • 成员变量：

    若含有虚函数表指针 _vptr，虚函数表指针→基类变量→派生类变量

    若不含虚函数表指针_vptr，基类变量→派生类变量。

  • 成员函数：

    case 普通函数：
    	根据指针的类型，调用指针类的函数。
    case 虚函数：
    	通过指针指向的对象的虚函数表找到函数，根据指针指向对象的类调用函数。
    	
    注意点：
    ​		派生类无法重载基类，同名遮蔽。
    ​		初始化列表不能写继承变量，需要借助基类的构造函数初始化。
    

    

  • 构造函数与析构函数

    构造前未初始化虚函数表，构造函数不能设置为虚函数。

    析构函数设置为虚函数，防止内存泄漏。

• 多继承：内存模型如下

  

• 虚继承

  非虚继承存在二义性，重复定义的问题，虚继承用于解决菱形继承的问题。

  实现：例如A->B1,B2->C

  B1,B2分别保存A的虚基类指针，则C在取变量时不存在二义性。

多态

• 介绍

  静态多态：编译时多态，重载、模板实现。

  动态多态：运行时多态，虚函数。

内存模型小结
若无虚函数，虚继承->普通对象内存模型
含有虚函数->增加虚函数表
含有虚继承->增加虚基类表

• 模板与泛型

  1. 编译器的自动类型推导

  2. 两次编译：声明处对模板编译，调用处参数替换后编译

  3. 优势：提高复用性；编译时检查，安全性高

• RTTI（Run-Time Type Identification)

  typeid运算符：返回表达式或类型的实际类型。

  dynamic_cast运算符：将基类指针转化为派生类指针。

  虚函数表中存放type_info来判断类型，上述运算符会通过查虚函数表获取类型。

强类型语言

类型转化

static_cast

静态转化，编译时进行，异常抛出编译时错误。

一般说良性转化，风险度低。

const_cast

去掉表达式中的volatile和const修饰符

volatile：多线程使用，每次从内存中读取数据，保证不被修改。

reinterpret_cast

仅对二进制位重新解释，不会根据规则转化，风险较大

dynamic_cast

继承层次之间的转化

向上转化无条件；向下转化需要RTTI机制辅助。

STL

容器

• vector：数组；支持快速随机访问
• list：双向链表；支持快速删除插入
• deque：指针数组+多个缓冲区；支持首位插入删除，快速随机访问
• set/map：红黑树；有序，不可重复
• multiset/multimap：红黑树；有序，可重复
• hashset/hashmap：hash表，无序，不可重复

适配器

• stack：list 或 deque实现，不用vector是扩容耗时。
• queue：list 或 deque实现，不用vector是扩容耗时。
• priority_queue：vector+heap

扩容机制

每次以2倍或1.5倍扩容，g++2倍，MSVC是1.5倍。每次扩容在堆上开辟新空间。