C++11笔记三

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C/C++

一，重载类对象的toString函数：

#include <iostream>
#include <string.h>  
#include <sstream> // std::to_string需要的头文件
using namespace std;

class MyBase  {

private:
	int age = 10;
	std::string tostring;  // 必须要全局变量
public: 
	MyBase() { 
		cout << "MyBase construct..." << endl;
	} 

	operator const char*() { 
		tostring = "toString:" + std::to_string(age);  // 必须要全局变量
		return tostring.c_str();
	}
	 
};  
 
int main()
{  
	MyBase base;
	cout << base << endl;

	std::string str;
	str.append("mytest:");
	str.append(base);

	cout << str.c_str() << endl;

	system("pause");
    return 0;
}

如果使用explicit修饰，则不允许隐式调用，必须使用static_cast强制转换：

#include <iostream>
#include <string.h>
#include <sstream>

using namespace std;

class MyBase {

private:
	int age = 10;
	char* buffer = "abcdefg";
	std::string tostring;  // 必须要全局变量
public:
	MyBase() {
		cout << "MyBase construct..." << endl;
	}
	explicit operator const char*() {
		tostring = "toString:" + std::to_string(age);  // 必须要全局变量
		return tostring.c_str();
	}
	explicit operator const int()  // 将类作为int来使用
	{
		return age;
	}
	MyBase operator+(MyBase& add) // 重载+运算符，MyBase base3 = base2 + base1;
	{
		MyBase newBase;
		newBase.age = age + add.age;
		return newBase;
	}
	bool operator==(MyBase& compare) // 重载==运算符
	{
		if (age == compare.age) {
			return true;
		}
		return false;
	}
	bool operator!=(MyBase& compare) // 重载==运算符
	{
		if (age != compare.age) {
			return true;
		}
		return false;
	}
	bool operator<(const MyBase& compare);
	bool operator<=(const MyBase& compare);
	bool operator>(const MyBase& compare);
	bool operator>=(const MyBase& compare);

	MyBase& operator=(const MyBase& compare) // 重载=赋值运算符： MyBase base=base2
	{
		age = 2 * compare.age;
		return *this;
	}
	void operator()(int newAge)  // 重载()函数运算符： MyBase base(2)
	{
		age = newAge;
	}
	const char operator[](int index) // 重载[]函数运算符
	{
		return buffer[index];
	}
};

int main()
{
	MyBase base;
	//cout << base << endl; // error，explicit声明禁止隐式调用

	cout << base[3] << endl;  // 重载[]函数运算符，向数组一样访问对象中的char*

	std::string str = static_cast<const char*>(base);
	cout << str.c_str() << endl;

	int num = 10 + static_cast<int>(base); // 将类作为int来使用
	cout << num << endl;

	system("pause");
	return 0;
}

不能重载的运算符：

. ：成员选择

.* ：指针成员选择

''和"" ：作用域

? ：三目运算符

sizeof ：获取大小

二，重载移动构造函数和移动运算符：

#include <iostream>
#include <string.h>
#include <sstream>

using namespace std;

class MyString  {

private: 
	char* buffer;

	MyString() :buffer(NULL) // 私有化默认构造函数
	{ 
		cout << "Default constructor called." << " addr:" << hex << this << endl;
	}
public: 
	MyString(const char* initInput) // 构造函数
	{
		cout << "Constructor called :" << initInput << " addr:" << hex << this << endl;
		if (initInput != NULL) {
			buffer = new char[strlen(initInput) + 1];
			strcpy(buffer, initInput);
		}
		else {
			buffer = NULL;
		}
	}
/*
	MyString(MyString&& moveSrc) // 移动构造函数
	{
		cout << "Move constructor called :" << moveSrc.buffer << " addr:" << hex << this << endl;
		if (moveSrc.buffer != NULL) {
			buffer = moveSrc.buffer;
			moveSrc.buffer = NULL; // 释放移动源的buffer
		}
	}
	MyString& operator=(MyString&& moveSrc) // 移动运算符
	{
		cout << "Move assignment op. :" << moveSrc.buffer << " addr:" << hex << this << endl;
		if (moveSrc.buffer != NULL && this != &moveSrc) {
			delete[] buffer; // 释放自己的buffer
			buffer = moveSrc.buffer;
			moveSrc.buffer = NULL; // 释放移动源的buffer
		}
		return *this;
	}
*/
	MyString(const MyString& copySrc) // 复制构造函数
	{
		cout << "Copy constructor called :" << copySrc.buffer << " addr:" << hex << this << endl;
		if (copySrc.buffer != NULL) {
			buffer = new char[strlen(copySrc.buffer) + 1];
			strcpy(buffer, copySrc.buffer);
		}
		else {
			buffer = NULL;
		}
	}
	MyString& operator=(const MyString& copySrc) // 赋值运算符
	{
		cout << "Copy assignment op. :" << copySrc.buffer << " addr:" << hex << this << endl;
		if (copySrc.buffer != NULL && this != &copySrc) {
			if (buffer != NULL) {
				delete[] buffer; // 释放自己的buffer
			}
			buffer = new char[strlen(copySrc.buffer) + 1];
			strcpy(buffer, copySrc.buffer);
		}
		return *this;
	}
	~MyString() // 析构函数
	{
		if (buffer != NULL) {
			cout << "destructor called :" << buffer << " addr:" << hex << this << endl;
		}
		else {
			cout << "destructor called ." << " addr:" << hex << this << endl;
		}
		if (buffer != NULL) {
			delete[] buffer;
		} 
	}
	int GetLength() {
		return strlen(buffer);
	}
	operator const char*() // 重载类的toString
	{
		return buffer;
	}
	MyString operator+(const MyString& addThis) // 重载+运算符
	{
		cout << "operator+ called :" << addThis.buffer << " addr:" << hex << this << endl;
		MyString newStr; // 默认构造函数私有化，内部可以调用
		if (addThis.buffer != NULL) {
			newStr.buffer = new char[GetLength() + strlen(addThis.buffer) + 1];
			strcpy(newStr.buffer, buffer);
			strcat(newStr.buffer, addThis.buffer);
		}
		cout << "++++++++++++++++++++++++" << endl;
		return newStr;
	}
};  
void test() {
	MyString hello("hello");
	MyString world(" world");
	MyString cpp(" of C++");

	MyString sayHelloAgain("overwrite this.");
	sayHelloAgain = hello + world + cpp;

	cout << "------------------------" << endl;
}
 
int main()
{  
	test();

	system("pause");
    return 0;
}

在注释重载移动构造函数和重载移动运算符时，执行效果如下：

Constructor called :hello addr:00EFFC84				// 创建hello实例
Constructor called : world addr:00EFFC78			// 创建world实例
Constructor called : of C++ addr:00EFFC6C			// 创建cpp实例
Constructor called :overwrite this. addr:00EFFC60		// 创建sayHelloAgain实例
operator+ called : world addr:00EFFC84				// 触发hello实例的operator+
Default constructor called. addr:00EFFB2C			// 在hello实例的operator+函数中，创建newStr实例，在类中可以使用私有构造函数
++++++++++++++++++++++++
Copy constructor called :hello world addr:00EFFB94		// 触发'复制构造函数'，创建“hello world”实例。
destructor called :hello world addr:00EFFB2C			// 释放hello实例的operator+函数中，newStr的析构函数
operator+ called : of C++ addr:00EFFB94				// 触发“hello world”实例的operator+
Default constructor called. addr:00EFFB34			// 在“hello world”实例的operator+函数中，创建newStr实例，在内中可以使用默认构造函数
++++++++++++++++++++++++
Copy constructor called :hello world of C++ addr:00EFFB88	// 触发'复制构造函数'，创建“hello world of C++”实例。
destructor called :hello world of C++ addr:00EFFB34		// 释放“hello world”实例的operator+函数中，newStr的析构函数
Copy assignment op. :hello world of C++ addr:00EFFC60		// 触发'赋值运算符'，将“hello world of C++”实例赋值给sayHelloAgain
destructor called :hello world of C++ addr:00EFFB88		// 释放“hello world of C++”实例
destructor called :hello world addr:00EFFB94			// 释放“hello world”实例
------------------------
destructor called :hello world of C++ addr:00EFFC60		// 释放sayHelloAgain实例
destructor called : of C++ addr:00EFFC6C			// 释放cpp实例
destructor called : world addr:00EFFC78				// 释放world实例
destructor called :hello addr:00EFFC84				// 释放hello实例
请按任意键继续. . .

sayHelloAgain = hello + world + cpp;的过程：
1）在hello的operator+中创建临时newStr实例，并释放newStr;
2）创建“hello+world”实例，使用复制构造函数;
3）在“hello+world”的operator+中创建临时newStr实例，并释放newStr;
4）创建“hello world of C++”实例，使用复制构造函数;
5）将“hello world of C++”实例以operator=赋值给sayHelloAgain实例;如果不重载operator=，则会触发复制构造函数；
6）释放“hello+world”实例和“hello world of C++”实例;

取消注释，使用重载移动构造函数和重载移动运算符：

Constructor called :hello addr:008EF71C				// 创建hello实例
Constructor called : world addr:008EF710			// 创建world实例
Constructor called : of C++ addr:008EF704			// 创建cpp实例
Constructor called :overwrite this. addr:008EF6F8		// 创建sayHelloAgain实例
operator+ called : world addr:008EF71C				// 触发hello实例的operator+
Default constructor called. addr:008EF5C4			// 在hello实例的operator+函数中，创建newStr实例，在类中可以使用私有构造函数
++++++++++++++++++++++++
Move constructor called :hello world addr:008EF62C		// 触发'移动构造函数'，创建“hello world”实例。
destructor called . addr:008EF5C4				// 释放hello实例的operator+函数中，newStr的析构函数
operator+ called : of C++ addr:008EF62C				// 触发“hello world”实例的operator+
Default constructor called. addr:008EF5CC			// 在“hello world”实例的operator+函数中，创建newStr实例，在内中可以使用默认构造函数
++++++++++++++++++++++++
Move constructor called :hello world of C++ addr:008EF620	// 触发'移动构造函数'，创建“hello world of C++”实例。
destructor called . addr:008EF5CC				// 释放“hello world”实例的operator+函数中，newStr的析构函数
Move assignment op. :hello world of C++ addr:008EF6F8		// 触发'移动运算符'，将“hello world of C++”实例赋值给sayHelloAgain
destructor called . addr:008EF620				// 释放“hello world of C++”实例
destructor called :hello world addr:008EF62C			// 释放“hello world”实例
------------------------
destructor called :hello world of C++ addr:008EF6F8		// 释放sayHelloAgain实例
destructor called : of C++ addr:008EF704			// 释放cpp实例
destructor called : world addr:008EF710				// 释放world实例
destructor called :hello addr:008EF71C				// 释放hello实例
请按任意键继续. . .

编译器实现sayHelloAgain = hello + world + cpp;的过程都是一样的，会创建两个临时实例。

区别在于：“复制构造函数+赋值运算符”中需要通过new新的自由存储空间来实现“深复制”。而“移动构造函数+移动运算符”是通过接管移动源moveSrc中资源的所有权实现的。接下来moveSrc.buffer=NULL，那么在moveStr的析构函数中什么也不做，因为所有权已经移交给目标对象。

总之，移动构造函数避免了不必要的内存分配和复制步骤，从而节省了大量处理时间。

三，自定义字面量

需要定义operator""格式：

ReturnType operator""YourLiteral(ValueType value) {
    // 转换代码
}

ValueType只支持以下类型：

unsigned long long int：用于定义整型字面量。
long double：用于定义浮点字面量。
char、wchar_t、char16_t和char32_t：用于定义字符字面量。
const char*：用于定义原始字符串字面量。
const char*和size_t：用于定义字符串字面量。
const wchar_t*和size_t：用于定义字符串字面量。
const char16_t*和size_t：用于定义字符串字面量。
const char32_t*和size_t：用于定义字符串字面量。

#include <iostream> 

using namespace std;

struct Temperature
{
	double Kelvin; // 开(开尔文温标的计量单位，1开氏度相当于1摄氏度);
	Temperature(long double kelvin) :Kelvin(kelvin) {};
};

Temperature operator""_C(long double celcius)
{
	// 摄氏度
	return Temperature(celcius);
}
Temperature operator""_F(long double dahrenheit) 
{
	// 华氏温度计的，华氏的(冰点为32度，沸点为212度);
	return Temperature((dahrenheit+459.67)*5/9);
}
 
int main()
{   
	Temperature t1 = 10.5_C;
	Temperature t2 = 10.5_F;
	//Temperature t3 = 10_F; // error，因为没有Temperature operator""_F(unsigned long long int) 

	cout << "t1:" << t1.Kelvin << endl;
	cout << "t2:" << t2.Kelvin << endl;

	system("pause");
    return 0;
}

四，类型转换运算符

1）static_cast，用于转换具备继承关系的对象。向上转换：将子类转换为父类；向下转换：将父类转换为子类。在向下转换时，有可能导致不可预料的调用异常。static_cast只进行编译阶段检查，并不进行运行阶段检查。

Base* objBase = new Base();
Derived* objDer = static_cast<Derived*>(objBase ); // 向下转换，但其实objDer对象中并不具备子类特性

Derived* objDer = new Derived();
Base* objBase = static_cast<Base*>(objDer ); // 向上转换，没有问题

// 隐式向上转换
Derived objDer;
Base* objBase = objDer ;

2）dynamic_cast，用于转换为指定的子类，如果转换不成功，返回NULL。需要对NULL进行判断。dynamic_cast是运行阶段检查。

Base* objBase = new Derived();
Derived* objDer = dynamic_cast<Derived*>(objBase); // objDer不等于NULL
if(objDer!=NULL) {
    // do something...
}

假设：Derived1和Derived2都是Base的子类。定义函数：
void mytest(Base* objBase) {
    Derived1* objDer = dynamic_cast<Derived1*>(objBase);
    if(objDer!=NULL) {
        // do something
    } 
}
那么：
Base* objDer1 = new Derived1(); 
mytest(objDer1);// dynamic_cast<Derived1*>(objBase)不为NULL
Base* objDer2 = new Derived2(); 
mytest(objDer2);// dynamic_cast<Derived1*>(objBase)为NULL

一定要对dynamic_cast返回的对象进行NULL判断。

3）reinterpret_cast，无所谓继承关系，强制转换。慎用！

Base* objBase = new Base();
Other* objOther = reinterpret_case<Other*>(objBase );

4）const_cast，为了突破const函数调用限制而存在。

#include <iostream>
#include <string.h>
#include <sstream>

using namespace std;

class MyBase {

private:
public:
	 void print() 
	 {
		 cout << "print..." << endl;
	 }
};

void myTest(const MyBase obj) {
	//obj.print(); // 错误，const对象不能访问非const函数

	MyBase* newObj = const_cast<MyBase*>(&obj);
	newObj->print(); // 可以访问
}

int main()
{
	MyBase obj; 
	myTest(obj);
	 
	system("pause");
	return 0;
}

五，使用static_assert执行编译阶段检查。

static_assert是C++11新增的功能，可以在不满足指定条件时禁止编译。对模版类来说很有用。

#include <iostream>
#include <string.h>
#include <sstream>

using namespace std;

template <typename T>
class EverythingButInt {
public:
	EverythingButInt() { 
		static_assert(sizeof(T) != sizeof(int), "No int please!"); // 第一个参数为false时触发
	}
};

int main()
{
	EverythingButInt<int> test; // 编译时报错
	 
	system("pause");
	return 0;
}

六，assert调试时断言。

包含头文件assert.h。在debug时，如果assert(int expression)中，expression为0。则触发中断。

在release阶段不会触发。也可以在使用#define NDEBUG禁止assert，需要放在#include <assert.h>之前。

#include <iostream>
#include <string.h>
#include <sstream>

// #define NDEBUG
#include <assert.h>
  
int main()
{ 
	int num = 10;
	assert(num < 5);
	
	 
	system("pause");
	return 0;
}

使用过多影响性能，一般放在函数开始处，检查参数合法性。

七，使用std::list时，对于自定义类，需要重载operator==才能使用remove()，需要重载operator<才能使用sort()：

#include <iostream>
#include <string.h>
#include <list>

using namespace std;

template<typename T>
void displayAsContents(const T& container) 
{
	for (auto element = container.cbegin(); element != container.cend(); ++element) {
		cout << *element << endl;
	}
	cout << "-----------" << endl;
}

struct ContactItem
{
	string name;
	string phone;
	string displayAs;

	ContactItem(const string& conName, const string& conPhone) :name(conName), phone(conPhone), displayAs(conName + ":" + conPhone) { } 
	bool operator==(const ContactItem& compareItem) const // 被list的remove()调用
	{
		return (compareItem.name == this->name);
	}
	bool operator<(const ContactItem& compareItem) const // 被list的sort()调用
	{
		return (this->name < compareItem.name);
	}
	operator const char*() const // 被cout使用打印toString
	{
		return this->displayAs.c_str();
	}
};
 
bool SortByPhone(const ContactItem& item1, const ContactItem& item2) 
{
	return (item1.phone < item2.phone);
}
  
int main()
{ 
	list<ContactItem> contacts;
	contacts.push_back(ContactItem("Wang", "186"));
	contacts.push_back(ContactItem("Adong", "135"));
	contacts.push_back(ContactItem("Xiao", "156"));
	displayAsContents(contacts);

	contacts.sort();
	displayAsContents(contacts);

	contacts.sort(SortByPhone); // 通过外部的排序二元谓词函数来进行排序
	displayAsContents(contacts);

	contacts.remove(ContactItem("Adong", "135"));
	displayAsContents(contacts);
	 
	system("pause");
	return 0;
}

八，在std::map或std::multimap中find元素，必须要检查是否到达迭代器末尾：

#include <iostream>
#include <string.h>
#include <map>

using namespace std;
 
  
int main()
{ 
	map<string, string> myMap;
	//myMap.insert("adong", "test"); // 错误，无法编译，必须要使用pair
	myMap.insert(pair<string, string>("adong", "test"));
	myMap.insert(pair<string, string>("xiao", "ttt"));

	map<string, string>::const_iterator foundPair1 = myMap.find("adong");
	if (foundPair1 != myMap.end()) 
	{
		cout << foundPair1->first.c_str() << ":" << foundPair1->second.c_str() << endl;
	}

	map<string, string>::const_iterator foundPair2 = myMap.find("wang");
	if (foundPair2 == myMap.end()) // find一定要进行end比对检查
	{
		//cout << foundPair2->first.c_str() << ":" << foundPair2->second.c_str() << endl;// 运行时会报错
		cout << "not found..." << endl;
	}
	 
	system("pause");
	return 0;
}

九、自适应容器

1）std::stack：模拟栈行为的容器，先进后出（LIFO），不允许访问中间元素，头文件<stack>

2）std::queue：模拟队列的容器，先进后出（FIFO）；一端进，一端出的队列，不允许访问中间元素，头文件<queue>。注意与std::deque的区别，std::deque两端都可以进出。

3）std::priority_queue：包含最大值（或bool operator=()认为最大的值）的元素位于队首，且只能从队首执行操作。

以上容器不能修改队列中的元素，不能遍历，不能使用STL算法迭代器。

十，STL容器对比

容器	优点	缺点
std::vector（顺序容器）	只能在末尾插入/删除数据，速度快（时间固定，与容器大小无关）；可以像访问数组一样进行访问；	调整大小时将影响性能；搜索时间随容器包含元素增多而变慢； insert到任意位置非常耗时；
std::deque（顺序容器）	可以在开头/末尾，插入/删除数据，速度快（时间固定，与容器大小无关）；可以像访问数组一样进行访问；	有vector所有缺点；根据规范，deque不需要支持reserve()，该函数让程序员给vector预留内存空间，以避免重复调整大小，从而提高性能；
std::list（顺序容器）	可以在开头、中间或末尾插入/删除数据，速度快，耗时固定，而vector/deque的insert非常慢；不论在什么位置插入/删除，指向list中其它元素的迭代器仍有效；	不能像数组那样根据索引任意访问元素；搜索速度比vector慢，由于元素没有存储在连续空间，元素越多，耗时越多。
std::forword_list（顺序容器）	单向链表类，只能沿一个方向遍历；	只能使用push_front在链表开头插入元素；
std::set（关联容器）	搜索时间与元素个数无关，比顺序容器快；	插入速度比顺序容器慢，因为在插入时要对元素进行排序；
std::unordered_set（关联容器）	搜索、插入、删除的速度几乎不受容器包含元素个数的影响；	由于元素未被严格排序，因此不能依赖元素在容器中的相对位置；
std::multiset（关联容器）	用于存储非唯一值的容器；	插入速度比顺序容器慢，因为在插入时要对元素排序；
std::unordered_multiset（关联容器）	用于存储非唯一值的容器；搜索、插入、删除的速度几乎不受容器包含元素个数的影响；	由于元素未被严格排序，因此不能依赖元素在容器中的相对位置；
std::map（关联容器）	用于存储键-值对的容器；搜索速度比顺序容器快；	插入时要进行排序，因此插入速度比顺序容器慢；
std::unordered_map（关联容器）	搜索、插入、删除元素的耗时固定，不受容器长度影响；	元素未被严格排序，不适合元素相对顺序重要的场景；元素数量少时，可能比map慢；
std::multimap（关联容器）	可以存储键值不唯一的容器；	插入时排序，插入速度比顺序容器慢。
std::unordered_multimap（关联容器）	可以存储键值不唯一的容器；搜索、插入、删除元素的耗时固定，不受容器长度影响；	元素未被严格排序，不适合元素相对顺序重要的场景；元素数量少时，可能比multimap慢；

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LInux进程间通讯IPC | YUV排列

2019-04-24 19:08
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