0620# C++八股记录

如何防止头文件被重复包含

1. 使用宏定义（Include Guards）

#ifndef HEADER_FILE_NAME_H
#define HEADER_FILE_NAME_H// 头文件的内容#endif // HEADER_FILE_NAME_H

例如，假设有一个头文件名为example.h，可以这样编写：

#ifndef EXAMPLE_H
#define EXAMPLE_H// 头文件的内容，例如函数声明、宏定义等
void exampleFunction();#endif // EXAMPLE_H

2. 使用 #pragma once

#pragma once// 头文件的内容
void exampleFunction();

假设有两个头文件a.h和b.h，其中b.h也包含了a.h。为了防止重复包含，可以在两个头文件中都使用上述方法。

a.h中

#ifndef A_H
#define A_Hvoid functionA();#endif // A_H

或

#pragma oncevoid functionA();

b.h中

#ifndef B_H
#define B_H#include "a.h"void functionB();#endif // B_H

或

#pragma once#include "a.h"void functionB();

虚析构函数作用

假设有一个基类Base和一个派生类Derived，在没有虚析构函数的情况下，如果我们通过基类指针删除派生类对象，只有基类的析构函数会被调用，而派生类的析构函数不会被调用。这会导致派生类中分配的资源没有被正确释放，导致资源泄漏。

示例代码

没有虚析构函数的情况
#include <iostream>class Base {
public:Base() { std::cout << "Base constructor\n"; }~Base() { std::cout << "Base destructor\n"; }
};class Derived : public Base {
public:Derived() { std::cout << "Derived constructor\n"; }~Derived() { std::cout << "Derived destructor\n"; }
};int main() {Base* ptr = new Derived();delete ptr; // 只调用了Base的析构函数return 0;
}

输出

Base constructor
Derived constructor
Base destructor

Derived类的析构函数没有被调用，可能导致资源泄漏。

使用虚析构函数
#include <iostream>class Base {
public:Base() { std::cout << "Base constructor\n"; }virtual ~Base() { std::cout << "Base destructor\n"; }
};class Derived : public Base {
public:Derived() { std::cout << "Derived constructor\n"; }~Derived() { std::cout << "Derived destructor\n"; }
};int main() {Base* ptr = new Derived();delete ptr; // 调用了Derived和Base的析构函数return 0;
}

输出

Base constructor
Derived constructor
Derived destructor
Base destructor

通过将基类的析构函数声明为virtual，当基类指针删除派生类对象时，派生类的析构函数也会被正确调用，确保了派生类中分配的资源能够被正确释放。

总结

  1. 确保资源释放： 虚析构函数确保在删除基类指针指向的派生类对象时，派生类的析构函数能够被正确调用，从而防止资源泄漏。
  2. 多态性支持： 虚析构函数支持多态性，即使在使用基类指针操作派生类对象时，也能保证对象的正确析构。

虚函数的基本概念

  1. 声明虚函数： 在基类中，使用关键字virtual来声明一个虚函数。

  2. 重写虚函数： 在派生类中，重写这个虚函数，可以提供不同的实现。

  3. 动态绑定： 通过基类指针或引用调用虚函数时，根据实际指向的对象类型调用相应的派生类实现，而不是基类实现。

示例代码

基类和派生类
#include <iostream>class Base {
public:virtual void show() { // 基类中的虚函数std::cout << "Base class show function\n";}virtual ~Base() = default; // 虚析构函数
};class Derived : public Base {
public:void show() override { // 派生类重写虚函数std::cout << "Derived class show function\n";}
};

使用基类指针实现多态

int main() {Base* b = new Derived(); // 基类指针指向派生类对象b->show(); // 调用派生类的show函数delete b; // 调用派生类的析构函数，然后调用基类的析构函数return 0;
}

输出

Derived class show function

解析

  1. 虚函数声明： 在基类Base中，show函数被声明为虚函数。虚函数使用关键字virtual来声明。

  2. 虚函数重写： 在派生类Derived中，重写了基类的虚函数show。C++11及以后标准使用override关键字来显式指示这是对基类虚函数的重写，这样可以更好地检测错误。

  3. 动态绑定： 在main函数中，基类指针b指向派生类对象Derived。当调用b->show()时，实际调用的是Derived类的show函数，而不是Base类的show函数。这就是动态绑定。

  4. 虚析构函数： 基类Base中声明了虚析构函数virtual ~Base() = default，确保当通过基类指针删除派生类对象时，会正确调用派生类的析构函数，防止资源泄漏。

动态绑定 vs. 静态绑定

  • 静态绑定（早期绑定）： 编译时确定函数调用，函数调用的目标在编译时就确定。通常用于非虚函数调用。

  • 动态绑定（晚期绑定）： 运行时确定函数调用，函数调用的目标在运行时根据实际对象类型确定。用于虚函数调用。

总结

虚函数是一种机制，使得在运行时可以根据对象的实际类型调用相应的函数实现，提供了动态绑定的能力。这是C++实现多态性的关键，通过虚函数，基类指针或引用可以调用派生类中的重写函数，实现更灵活和可扩展的代码设计。

delete和delete[]区别？

delete

delete操作符用于释放通过new分配的单个对象的内存。它不仅释放内存，还调用对象的析构函数。如果你为一个对象分配了内存并使用delete来释放它，那么delete会确保对象的析构函数被正确调用，从而释放任何该对象可能持有的资源。

#include <iostream>class MyClass {
public:MyClass() { std::cout << "MyClass constructor\n"; }~MyClass() { std::cout << "MyClass destructor\n"; }
};int main() {MyClass* obj = new MyClass(); // 分配单个对象delete obj; // 正确使用deletereturn 0;
}

输出：

MyClass constructor
MyClass destructor

delete[]

delete[]操作符用于释放通过new[]分配的数组的内存。与delete不同，delete[]会调用每个数组元素的析构函数，并释放整个数组的内存。如果你为一个数组分配了内存并使用delete[]来释放它，那么delete[]会确保每个数组元素的析构函数被正确调用，从而释放每个对象可能持有的资源。

对于数组对象，delete[]操作符确保数组中每个元素的析构函数按逆序被调用，即先调用数组最后一个元素的析构函数，然后依次调用前面元素的析构函数。

#include <iostream>class MyClass {
public:MyClass() { std::cout << "MyClass constructor\n"; }~MyClass() { std::cout << "MyClass destructor\n"; }
};int main() {MyClass* objArray = new MyClass[3]; // 分配对象数组delete[] objArray; // 正确使用delete[]return 0;
}

输出

MyClass constructor
MyClass constructor
MyClass constructor
MyClass destructor
MyClass destructor
MyClass destructor

区别总结

  1. 用途不同：

    • delete用于释放通过new分配的单个对象的内存。
    • delete[]用于释放通过new[]分配的对象数组的内存。

  2. 析构函数调用：

    • delete调用单个对象的析构函数。
    • delete[]调用每个数组元素的析构函数。

  3. 内存管理：

    • delete释放单个对象的内存。
    • delete[]释放整个数组的内存。

错误示例

使用错误的删除操作符会导致未定义行为，例如内存泄漏或程序崩溃。

int main() {MyClass* obj = new MyClass[3];delete obj; // 错误的使用，会导致未定义行为return 0;
}

volatile的用途

  1. 防止优化： volatile的主要目的是防止编译器对变量进行优化。编译器通常会对代码进行优化，以提高执行效率，这包括将变量存储在寄存器中而不是内存中。然而，对于volatile变量，编译器会确保每次访问该变量时都直接从内存中读取，而不是使用寄存器中的值。

  2. 硬件寄存器： 在嵌入式系统编程中，硬件寄存器通常会映射到内存地址。由于这些寄存器的值可能随时发生变化（例如由外部硬件设备更新），因此需要使用volatile关键字来防止编译器优化。

  3. 多线程编程： 在多线程环境中，如果一个变量可能会被多个线程修改，也应该使用volatile关键字。这确保了每个线程在访问该变量时，都能看到最新的值，而不是使用缓存的值。

volatile int flag = 0;void wait_for_flag() {while (flag == 0) {// 等待flag变化}// 继续执行
}void set_flag() {flag = 1;
}

在上述示例中，flag变量被声明为volatile，这告诉编译器每次检查flag时都要从内存中读取，而不是使用缓存的值。这样可以确保wait_for_flag函数能正确地检测到set_flag函数对flag变量的更新。

通过使用volatile关键字，可以确保程序在面对不可预测的外部变化时能够正确运行。

模板函数的基本概念

  1. 模板定义： 模板函数通过模板参数列表进行定义，模板参数列表在函数定义之前，使用关键字template。

  2. 类型参数化： 模板参数可以是类型参数，使函数可以处理多种数据类型。

  3. 实例化： 编译器根据实际使用的类型来实例化模板函数。

模板函数的定义

模板函数的定义使用template关键字，后跟一个模板参数列表。模板参数列表中可以包含类型参数或非类型参数。

#include <iostream>// 定义一个模板函数，使用类型参数T
template <typename T>
T add(T a, T b) {return a + b;
}int main() {std::cout << "Int addition: " << add(3, 4) << std::endl;         // 使用int类型std::cout << "Double addition: " << add(3.5, 2.5) << std::endl; // 使用double类型std::cout << "String addition: " << add(std::string("Hello, "), std::string("World!")) << std::endl; // 使用std::string类型return 0;
}

输出

Int addition: 7
Double addition: 6
String addition: Hello, World!

模板函数的详细解释

  1. 模板参数列表： 在模板函数的定义中，template <typename T>表示定义一个模板，模板参数为类型参数T。typename可以用class替换，两者在这个上下文中是等价的。

  2. 函数定义： T add(T a, T b)定义了一个返回类型为T的函数，该函数有两个类型为T的参数。

  3. 实例化： 在main函数中，根据传入的参数类型，编译器实例化了不同版本的add函数，例如int类型的加法、double类型的加法以及std::string类型的加法。

一个比大小的模板函数：

#include <iostream>
using namespace std;
template<typename type1, typename type2>//模板函数type1 Max(type1 a, type2 b) {return a > b ? a : b;
}void main() {cout << "Max = " << Max(5.5,'a') << endl;
}

改进版

#include <iostream>
#include <type_traits>
using namespace std;template<typename type1, typename type2>
auto Max(type1 a, type2 b) -> typename common_type<type1, type2>::type {return a > b ? a : b;
}int main() {cout << "Max = " << Max(5.5, 'a') << endl;return 0;
}

使用std::common_type确保返回类型适应不同类型的输入

模板特化（Template Specialization）

模板特化允许为特定类型提供特殊的实现。主要有两种类型：完全特化（全特化）和部分特化（偏特化）。

完全特化（Full Specialization）

完全特化是针对特定类型的模板特化。它为模板提供了一个完全特定的实现。

#include <iostream>template <typename T>
class MyClass {
public:void show() {std::cout << "Generic template\n";}
};// 对int类型进行完全特化
template <>
class MyClass<int> {
public:void show() {std::cout << "Specialized template for int\n";}
};int main() {MyClass<double> obj1;obj1.show(); // 调用通用模板MyClass<int> obj2;obj2.show(); // 调用完全特化的模板return 0;
}

输出

Generic template
Specialized template for int
部分特化（Partial Specialization）

部分特化是针对某些类型组合或部分模板参数特定化的模板特化。部分特化仅适用于类模板，不能用于函数模板。

#include <iostream>template <typename T, typename U>
class MyClass {
public:void show() {std::cout << "Generic template\n";}
};// 对T和U相同类型进行部分特化
template <typename T>
class MyClass<T, T> {
public:void show() {std::cout << "Partially specialized template for same types\n";}
};// 对第二个参数为int进行部分特化
template <typename T>
class MyClass<T, int> {
public:void show() {std::cout << "Partially specialized template for second type int\n";}
};int main() {MyClass<double, double> obj1;obj1.show(); // 调用部分特化的模板（相同类型）MyClass<char, int> obj2;obj2.show(); // 调用部分特化的模板（第二个类型为int）MyClass<int, double> obj3;obj3.show(); // 调用通用模板return 0;
}

输出

Partially specialized template for same types
Partially specialized template for second type int
Generic template

函数模板特化

函数模板不能进行部分特化，但可以进行完全特化。

#include <iostream>template <typename T>
void func(T t) {std::cout << "Generic template\n";
}// 对int类型进行完全特化
template <>
void func<int>(int t) {std::cout << "Specialized template for int\n";
}// 对double类型进行完全特化
template <>
void func<double>(double t) {std::cout << "Specialized template for double\n";
}// 对char类型进行完全特化
template <>
void func<char>(char t) {std::cout << "Specialized template for char\n";
}int main() {func(10.5);    // 调用完全特化的模板（double）func(10);      // 调用完全特化的模板（int）func('a');     // 调用完全特化的模板（char）func("hello"); // 调用通用模板（const char*）return 0;
}

输出

Specialized template for double
Specialized template for int
Specialized template for char
Generic template

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