435-C++基础语法（61-70）

61、浅拷贝和深拷贝的区别

浅拷贝：

• 浅拷贝只是拷贝一个指针，并没有新开辟一个地址，拷贝的指针和原来的指针指向同一块地址，如果原来的指针所指向的资源释放了，那么再释放浅拷贝的指针的资源就会出现错误。

深拷贝：

• 深拷贝不仅拷贝值，还开辟出一块新的空间用来存放新的值，即使原先的对象被析构掉，释放内存了也不会影响到深拷贝得到的值。在自己实现拷贝构造函数的时候的时候，如果有指针变量的话是需要自己实现深拷贝的。

#include <iostream>  
#include <string.h>
using namespace std;
 
class Student
{
private:
	int num;
	char *name;
public:
	Student(){
        name = new char(20);
		cout << "Student" << endl;
    };
	~Student(){
        cout << "~Student " << &name << endl;
        delete name;
        name = NULL;
    };
	Student(const Student &s){//拷贝构造函数
        //浅拷贝，当对象的name和传入对象的name指向相同的地址
        name = s.name;
        //深拷贝
        //name = new char(20);
        //memcpy(name, s.name, strlen(s.name));
        cout << "copy Student" << endl;
    };
};
 
int main()
{
	{// 花括号让s1和s2变成局部对象，方便测试
		Student s1;
		Student s2(s1);// 复制对象
	}
	system("pause");
	return 0;
}
//浅拷贝执行结果：
//Student
//copy Student
//~Student 0x7fffed0c3ec0
//~Student 0x7fffed0c3ed0
//*** Error in `/tmp/815453382/a.out': double free or corruption (fasttop): 0x0000000001c82c20 ***

//深拷贝执行结果：
//Student
//copy Student
//~Student 0x7fffebca9fb0
//~Student 0x7fffebca9fc0

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从执行结果可以看出，浅拷贝在对象的拷贝创建时存在风险，即被拷贝的对象析构释放资源之后，拷贝对象析构时会再次释放一个已经释放的资源，深拷贝的结果是两个对象之间没有任何关系，各自成员地址不同。

62、内联函数和宏定义的区别

• 在使用时，宏只做简单字符串替换（编译前）。而内联函数可以进行参数类型检查（编译时），且具有返回值；
• 内联函数在编译时直接将函数代码嵌入到目标代码中，省去函数调用的开销来提高执行效率，并且进行参数类型检查，具有返回值，可以实现重载；
• 宏定义时要注意书写（参数要括起来）否则容易出现歧义，内联函数不会产生歧义；
• 内联函数有类型检测、语法判断等功能，而宏没有。

内联函数适用场景：

• 使用宏定义的地方都可以使用 inline 函数。
• 作为类成员接口函数来读写类的私有成员或者保护成员，会提高效率。

63、public，protected和private访问和继承权限/public/protected/private的区别？

1、public，protected和private访问：

• public的变量和函数在类的内部外部都可以访问。
• protected的变量和函数只能在类的内部和其派生类中访问。
• private修饰的元素只能在类内访问。

访问权限：

派生类可以继承基类中除了构造/析构、赋值运算符重载函数之外的成员，但是这些成员的访问属性在派生过程中也是可以调整的。

三种派生方式的访问权限如下表所示：（注意外部访问并不是真正的外部访问，而是在通过派生类的对象对基类成员的访问。）

派生类对基类成员的访问形象有如下两种：

• 内部访问：由派生类中新增的成员函数对从基类继承来的成员的访问
• 外部访问：在派生类外部，通过派生类的对象对从基类继承来的成员的访问

64、如何用代码判断大小端存储？

• 大端存储： 字数据的高字节存储在低地址中

• 小端存储： 字数据的低字节存储在低地址中

（小同大异）

例如：32bit的数字0x12345678

所以在Socket编程中，往往需要将操作系统所用的小端存储的IP地址转换为大端存储，这样才能进行网络传输

小端模式中的存储方式为：

大端模式中的存储方式为：

了解了大小端存储的方式，如何在代码中进行判断呢？

下面介绍两种判断方式：

方式一：使用强制类型转换-这种法子不错

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    int a = 0x1234;
    //由于int和char的长度不同，借助int型转换成char型，只会留下低地址的部分
    char c = (char)(a);
    if (c == 0x12)
        cout << "big endian" << endl;
    else if(c == 0x34)
        cout << "little endian" << endl;
}

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方式二：巧用union联合体

#include <iostream>
using namespace std;
//union联合体的重叠式存储，endian联合体占用内存的空间为每个成员字节长度的最大值
union endian
{
    int a;
    char ch;
};
int main()
{
    endian value;
    value.a = 0x1234;
    //a和ch共用4字节的内存空间
    if (value.ch == 0x12)
        cout << "big endian"<<endl;
    else if (value.ch == 0x34)
        cout << "little endian"<<endl;
}

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65、什么情况下会调用拷贝构造函数？

• 1、用类的一个实例化对象去初始化另一个对象的时候；
• 2、函数的参数是类的对象时，实参传递到形参（非引用传递）
• 3、函数的返回值是函数体内局部对象的类的对象时 ,此时虽然发生（Named return Value优化）NRV优化，但是由于返回方式是值传递，所以会在返回值的地方调用拷贝构造函数。

注意： 第三种情况在Linux g++ 下则不会发生拷贝构造函数，不仅如此即使返回局部对象的引用，依然不会发生拷贝构造函数

总结： 即使发生NRV优化的情况下，Linux+ g++的环境是不管值返回还是引用方式返回都不会发生拷贝构造函数，而Windows + VS2019在值返回的情况下发生拷贝构造函数，引用返回方式则不发生拷贝构造函数。

在c++编译器发生NRV优化，如果是引用返回的形式则不会调用拷贝构造函数，如果是值传递的方式依然会发生拷贝构造函数。

举例：

class A
{
public:
	A() {};
	A(const A& a)
	{
		cout << "copy constructor is called" << endl;
	};
	~A() {};
};

void useClassA(A a) {}

A getClassA()//此时会发生拷贝构造函数的调用，虽然发生NRV优化，但是依然调用拷贝构造函数
{
	A a;
	return a;
}


//A& getClassA2()//  VS2019下，此时编辑器会进行（Named return Value优化）NRV优化,不调用拷贝构造函数 ，如果是引用传递的方式返回当前函数体内生成的对象时，并不发生拷贝构造函数的调用
//{
//	A a;
//	return a;
//}


int main()
{
	A a1,a3,a4;
	A a2 = a1;  //调用拷贝构造函数,对应情况1
	useClassA(a1);//调用拷贝构造函数，对应情况2
	a3 = getClassA();//发生NRV优化，但是值返回，依然会有拷贝构造函数的调用 情况3
	a4 = getClassA2(a1);//发生NRV优化，且引用返回自身，不会调用
    return 0;
}

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情况1比较好理解。

情况2的实现过程是，调用函数时先根据传入的实参产生临时对象，再用拷贝构造去初始化这个临时对象，在函数中与形参对应，函数调用结束后析构临时对象。

情况3在执行return时，理论的执行过程是：产生临时对象，调用拷贝构造函数把返回对象拷贝给临时对象，函数执行完先析构局部变量，再析构临时对象， 依然会调用拷贝构造函数。

66、volatile、mutable和explicit关键字的用法

1、volatile

• volatile 关键字是一种类型修饰符；
• 当要求使用 volatile 声明的变量的值的时候，系统总是重新从它所在的内存读取数据，即使它前面的指令刚刚从该处读取过数据。
• volatile定义变量的值是易变的，每次用到这个变量的值的时候都要去重新读取这个变量的值，而不是读寄存器内的备份。多线程中被几个任务共享的变量需要定义为volatile类型。

多线程下的volatile

• 有些变量是用volatile关键字声明的。
• 当两个线程都要用到某一个变量且该变量的值会被改变时，应该用volatile声明，该关键字的作用是防止优化编译器把变量从内存装入CPU寄存器中。
• 如果变量被装入寄存器，那么两个线程有可能一个使用内存中的变量，一个使用寄存器中的变量，这会造成程序的错误执行。
• volatile的意思是让编译器每次操作该变量时一定要从内存中真正取出，而不是使用已经存在寄存器中的值。

2、mutable

• mutable的中文意思是“可变的，易变的”，跟constant（既C++中的const）是反义词。
• 在C++中，mutable也是为了突破const的限制而设置的。被mutable修饰的变量，将永远处于可变的状态，即使在一个const函数中。
• 我们知道，如果类的成员函数不会改变对象的状态，那么这个成员函数一般会声明成const的。
• 但是，有些时候，我们需要在const函数里面修改一些跟类状态无关的数据成员，就应该被mutable来修饰

class person
{
int m_A;
mutable int m_B;//特殊变量 在常函数里值也可以被修改
public:
     void add() const//在函数里不可修改this指针指向的值 常量指针
     {
        m_A=10;//错误  不可修改值，this已经被修饰为常量指针
        m_B=20;//正确
     }
}

class person
{
int m_A;
mutable int m_B;//特殊变量 在常函数里值也可以被修改
}
int main()
{
const person p;//修饰常对象 不可修改类成员的值
p.m_A=10;//错误，被修饰了指针常量
p.m_B=200;//正确，特殊变量，修饰了mutable
}

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3、explicit

explicit关键字用来修饰类的构造函数，被修饰的构造函数的类，不能发生相应的隐式类型转换，只能以显示的方式进行类型转换。

注意以下几点：

• explicit 关键字只能用于类内部的构造函数声明上；
• explicit 关键字作用于单个参数的构造函数；
• 被explicit修饰的构造函数的类，不能发生相应的隐式类型转换。

67、C++中有几种类型的new？

1、plain new

就是普通的new，就是我们常用的new，在C++中定义如下：

void* operator new(std::size_t) throw(std::bad_alloc);
void operator delete(void *) throw();
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因此plain new在空间分配失败的情况下，抛出异常std::bad_alloc而不是返回NULL，因此通过判断返回值是否为NULL是徒劳的，举个例子：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
	try
	{
		char *p = new char[10e11];
		delete p;
	}
	catch (const std::bad_alloc &ex)
	{
		cout << ex.what() << endl;
	}
	return 0;
}
//执行结果：bad allocation

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2、nothrow new

nothrow new在空间分配失败的情况下是不抛出异常，而是返回NULL，定义如下：

void * operator new(std::size_t,const std::nothrow_t&) throw();
void operator delete(void*) throw();
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举个例子：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main()
{
	char *p = new(nothrow) char[10e11];
	if (p == NULL) 
	{
		cout << "alloc failed" << endl;
	}
	delete p;
	return 0;
}
//运行结果：alloc failed

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3、placement new

• 这种new允许在一块已经分配成功的内存上重新构造对象或对象数组。

• placement new不用担心内存分配失败，因为它根本不分配内存，它做的唯一一件事情就是调用对象的构造函数。

定义如下：

void* operator new(size_t,void*);
void operator delete(void*,void*);
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使用placement new需要注意两点：

• palcement new的主要用途就是反复使用一块较大的动态分配的内存来构造不同类型的对象或者他们的数组；
• placement new构造起来的对象数组，要显式的调用他们的析构函数来销毁（析构函数并不释放对象的内存）；千万不要使用delete，这是因为placement new构造起来的对象或数组大小并不一定等于原来分配的内存大小，使用delete会造成内存泄漏或者之后释放内存时出现运行时错误。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
class ADT{
	int i;
	int j;
public:
	ADT(){
		i = 10;
		j = 100;
		cout << "ADT construct i=" << i << "j="<<j <<endl;
	}
	~ADT(){
		cout << "ADT destruct" << endl;
	}
};
int main()
{
	char *p = new(nothrow) char[sizeof ADT + 1];
	if (p == NULL) {
		cout << "alloc failed" << endl;
	}
	ADT *q = new(p) ADT;  //placement new:不必担心失败，只要p所指对象的的空间足够ADT创建即可
	//delete q;//错误!不能在此处调用delete q;
	q->ADT::~ADT();//显示调用析构函数
	delete[] p;
	return 0;
}
//输出结果：
//ADT construct i=10j=100
//ADT destruct

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68、C++的异常处理的方法

在程序执行过程中，由于程序员的疏忽或是系统资源紧张等因素都有可能导致异常，任何程序都无法保证绝对的稳定。

常见的异常有：

• 数组下标越界；
• 除法计算时除数为0；
• 动态分配空间时空间不足；
• …

如果不及时对这些异常进行处理，程序多数情况下都会崩溃。

1、try、throw和catch关键字

C++中的异常处理机制主要使用try、throw和catch三个关键字，其在程序中的用法如下：

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    double m = 1, n = 0;
    try {
        cout << "before dividing." << endl;
        if (n == 0)
            throw - 1;  //抛出int型异常
        else if (m == 0)
            throw - 1.0;  //拋出 double 型异常
        else
            cout << m / n << endl;
        cout << "after dividing." << endl;
    }
    catch (double d) {
        cout << "catch (double)" << d << endl;
    }
    catch (...) {
        cout << "catch (...)" << endl;
    }
    cout << "finished" << endl;
    return 0;
}
//运行结果
//before dividing.
//catch (...)
//finished

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• 代码中，对两个数进行除法计算，其中除数为0。
• 可以看到以上三个关键字，程序的执行流程是先执行try包裹的语句块，如果执行过程中没有异常发生，则不会进入任何catch包裹的语句块；
• 如果发生异常，则使用throw进行异常抛出，再由catch进行捕获，throw可以抛出各种数据类型的信息，代码中使用的是数字，也可以自定义异常class。
• catch根据throw抛出的数据类型进行精确捕获（不会出现类型转换），如果匹配不到就直接报错，可以使用catch(…)的方式捕获任何异常（不推荐）。
• 当然，如果catch了异常，当前函数如果不进行处理，或者已经处理了想通知上一层的调用者，可以在catch里面再throw异常。

2、函数的异常声明列表

有时候，程序员在定义函数的时候知道函数可能发生的异常，可以在函数声明和定义时，指出所能抛出异常的列表，写法如下：

int fun() throw(int,double,A,B,C){...};
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这种写法表名函数可能会抛出int,double型或者A、B、C三种类型的异常，如果throw中为空，表明不会抛出任何异常，如果没有throw则可能抛出任何异常。

3、C++标准异常类 exception

C++ 标准库中有一些类代表异常，这些类都是从 exception 类派生而来的，如下图所示：

• bad_typeid： 使用typeid运算符，如果其操作数是一个多态类的指针，而该指针的值为 NULL，则会拋出此异常，例如：

#include <iostream>
#include <typeinfo>
using namespace std;

class A{
public:
  virtual ~A();
};
 
using namespace std;
int main() {
	A* a = NULL;
	try {
  		cout << typeid(*a).name() << endl; // Error condition
  	}
	catch (bad_typeid){
  		cout << "Object is NULL" << endl;
  	}
    return 0;
}
//运行结果：bject is NULL

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• bad_cast： 在用 dynamic_cast 进行从多态基类对象（或引用）到派生类的引用的强制类型转换时，如果转换是不安全的，则会拋出此异常；
• bad_alloc： 在用 new 运算符进行动态内存分配时，如果没有足够的内存，则会引发此异常；
• out_of_range： 用 vector 或 string的at 成员函数根据下标访问元素时，如果下标越界，则会拋出此异常。

69、static的用法和作用？

作用：

1、隐藏性；（static函数，static变量均可）

• 当同时编译多个文件时，所有未加static的全局变量和函数都具有全局可见性，但加上static后的变量，只在当前文件可见；
• static变量和全局变量虽然都存在静态存储区，但是static变量可以控制变量的可见范围，这也体现了它的隐藏性。

2、保持变量内容的持久。（static变量中的记忆功能和全局生存期）

• 存储在静态数据区的变量会在程序刚开始运行时就完成初始化，也是唯一的一次初始化；
• 共有两种变量存储在静态存储区：全局变量和static变量，只不过和全局变量比起来，static可以控制变量的可见范围，说到底static还是用来隐藏的。

3、static默认初始化为0（static变量）

• 全局变量也具备这一属性，因为全局变量也存储在静态数据区。
• 在静态数据区，内存中所有的字节默认值都是0x00，某些时候这一特点可以减少程序员的工作量。

4、C++中的类成员声明static

• 函数体内static变量的作用范围为该函数体，不同于auto变量，该变量的内存只被分配一次，因此其值在下次调用时仍维持上次的值；
• 在模块内的static全局变量可以被模块内所有函数访问，但不能被模块外其它函数访问；
• 在模块内的static函数只可被这一模块内的其它函数调用，这个函数的使用范围被限制在声明它的模块内；
• 在类中的static成员变量属于整个类所拥有，对类的所有对象只有一份拷贝；
• 在类中的static成员函数属于整个类所拥有，这个函数不接收this指针，因而只能访问类的static成员变量。
• static类对象必须要在类外进行初始化，static修饰的变量先于对象存在，所以static修饰的变量要在类外初始化；
• 由于static修饰的类成员属于类，不属于对象，因此static类成员函数是没有this指针的，this指针是指向本对象的指针。正因为没有this指针，所以static类成员函数不能访问非static的类成员，只能访问 static修饰的类成员；
• static成员函数不能被virtual修饰，static成员不属于任何对象或实例，所以加上virtual没有任何实际意义；
• 静态成员函数没有this指针，虚函数的实现是为每一个对象分配一个vptr指针，而vptr是通过this指针调用的，所以不能为virtual；（虚函数的调用关系，this->vptr->ctable->virtual function）

70、值传递、指针传递、引用传递的区别和效率

区别：

• 值传递： 有一个形参向函数所属的栈拷贝数据的过程，如果值传递的对象是类对象 或是大的结构体对象，将耗费一定的时间和空间。（传值）
• 指针传递： 同样有一个形参向函数所属的栈拷贝数据的过程，但拷贝的数据是一个固定为4字节的地址。（传值，传递的是地址值）
• 引用传递： 同样有上述的数据拷贝过程，但其是针对地址的，相当于为该数据所在的地址起了一个别名。（传地址）

效率：

• 指针传递和引用传递比值传递效率高。 一般主张使用引用传递，代码逻辑上更加紧凑、清晰。