概述

OVERVIEW

概述
- - C++11新特性：
  - C++14新特性：
  - C++17新特性：
  - C++20新特性：
  - C++程序编译过程
  - C++内存模型
  - C++STL
  - - 1.Queue&Stack
    - 2.String
    - 3.Map

	C语言	C++语言
面向过程编程	✅	✅
面向对象编程（类和对象）	❌	✅
泛型编程、元编程（模板）	❌	✅
函数式编程（Lambda）	❌	✅
STL（function、bind、thread、智能指针）
其他（左值与右值、深拷贝、移动构造、返回值优化）
异常处理
设计模式（创建型模式4种、结构型模式7种、行为型模式7种）

在这里插入图片描述

C++11新特性：

auto关键字
decltype关键字
nullptr字面值
constexpr关键字
for (declaration : expression)
Lambda表达式
initializer_list（初始化列表）
标准库bind函数
智能指针shared_ptr, unique_ptr
右值引用&&（C++性能得到非常大的提升）
STL容器std::array, std::forward_list, std::unordered_map, std::unordered_set

C++14新特性：

扩展了lambda表达式，增加泛型：支持auto
扩展了类型推导至任意函数：C11只支持lambda返回类型的auto
弃用关键字deprecated

C++17新特性：

扩展了constexpr至switch if等：C++11的constexpr函数只能包含一个表达式
typename嵌套
inline内联变量
模板参数推导
元组类std::tuple\std::pair实现两个元素的组合
类模板std::variant表示一个类型安全的联合体
引用包装器std::reference_wrapper
边长参数模板
结构化绑定（函数多值返回时用{}合成struct）
非类型模板参数可传入类的静态成员
在if和switch中可进行初始化
初始化（如struct）对象时可用花括号对其成员进行赋值
简化多层命名空间的写法
lambda表达式可捕获*this的值，但this及其成员为只读
十六进制的单精度浮点数
继承与改写构造函数
usingB1::B1;//表示继承B1的构造函数
当模板参数为非类型时，可用auto自动推导类型
判断有没有包含某文件__has_include

C++20新特性：

concept用于声明具有特定约束条件的模板类型

template<typename T> concept number = std::is_arithmetic<T>::value; //声明一个数值类型的concept
范围库Ranges Library
协程Coroutines
模块Modules

C++程序编译过程

在这里插入图片描述

预处理Preprocessing：将.cpp文件转化为.i文件，cpp -o test.i test.cpp、gcc -E test.c -o test.i

预处理器把所有include的文件包括递归包含的文件内容，都展开到输出文件，并展开了所有的宏定义。
编译Compilation：将.cpp/.h文件转换成.s文件，cc test.i -o test.s、gcc -S test.i -o test.x

编译的过程将预处理的文件进行一系列的词法分析、语法分析、语义分析及优化成相应的汇编代码。这一步中一般会进行优化，比如去除没有用到的类的声明、循环语句的优化等。
汇编Assemble：将.s文件转化为.o文件，as -o test.o test.s、gcc -c test.s -o test.o

as汇编器会将汇编代码转换为机器指令，并以特定的二进制格式输出保存在目标文件中
链接Linking：将.o文件转换为可执行程序，ld test.o -o test、gcc test.c

ld链接器将程序的相关目标文件组合链接在一起，生成程序的可执行映像文件。要解决的问题是：可能调用了库函数、或者一个目标文件中调用了另外一个文件中的库函数，需要通过链接器建立对应的关系，使程序能够正常的执行。

补充：静态链接与动态链接

静态链接：将源代码从静态链接库中拷贝到最终的可执行程序中，这样可能会导致最终的目标文件很大。
动态链接：需要调用的库函数以动态链接库的形式存在，多个进程之间共享。而链接的时候只需要知道要调用的函数的位置即可。在程序执行时当需要调用某个动态链接库中的函数式，操作系统首先会查找所有正在运行的程序，看内存中是否已经有该库函数的拷贝了，如果有则多进程之间可以共享该拷贝，否则才会将其载入到该进行的虚拟内存中。

C++内存模型

C++程序内存分为5个区：堆、栈、静态全局区、常量区、代码区

在这里插入图片描述

堆：new/malloc创建的内存，堆在内存中位于bss区和栈区之间，用于动态内存分配，一般由程序员分配和释放。
栈：函数中的临时变量（局部变量）、函数的参数值，由编译器自动分配释放，
全局区：声明变量既不在函数中也不再类中，分为未初始化和已初始化全局变量，存放静态数据、常量，程序结束后由系统释放。
只读常量区：存放常量字符串，程序结束后由系统释放
代码区：函数的定义、类定义、相关的程序逻辑（函数体的二进制代码）

补充：静态分配与动态分配

静态分配：指发生在程序编译和链接的阶段
动态分配：发生在程序的运行阶段

C++STL

如果对SLT不够熟练，在企业开发当中将会导致开发效率十分低，

1.Queue&Stack

#include<iostream>
#include<queue>
using namespace std;int main() {queue<int> q;q.push(1);q.push(2);q.push(3);cout << "front = " << q.front() << " back = " << q.back() << " size = " << q.size() << endl;q.pop();cout << "front = " << q.front() << " back = " << q.back() << " size = " << q.size() << endl;q.pop();cout << "front = " << q.front() << " back = " << q.back() << " size = " << q.size() << endl;q.pop();cout << "front = " << q.front() << " back = " << q.back() << " size = " << q.size() << endl;q.pop();return 0;
}

在这里插入图片描述

可以看到虽然队列中只push了3次元素，但是使用queue进行第4次pop时程序也没有报错提醒，并且back的值居然得到了结果。

#include<iostream>
#include<stack>
using namespace std;int main() {stack<int> s;s.push(1);s.push(2);s.push(3);cout << "top = " << s.top() << " size = " << s.size() << endl;s.pop();cout << "top = " << s.top() << " size = " << s.size() << endl;s.pop();cout << "top = " << s.top() << " size = " << s.size() << endl;s.pop();cout << "top = " << s.top() << " size = " << s.size() << endl;s.pop();return 0;
}

在这里插入图片描述

栈中只push了3次元素，使用stack进行第4次pop时程序直接给出了segmentfault错误。

总结：在使用queue和stack等容器时，一定要做有效性的校验，否则拿到的数据可能会出错，或者直接导致segmentfault.

if (!q.empty()) cout << "front = " << q.front() << " back = " << q.back() << " size = " << q.size() << endl;
else cout << "queue is empty!" << endl;

if (!s.empty()) cout << "top = " << s.top() << " size = " << s.size() << endl;
else cout << "stack is empty!" << endl;

2.String

str1 == str2调用的是str1的方法还是str2的方法？（运算符重载）

答：理解为调用的是类对象str1的函数，而str2作为参数传入函数中，str1是一个this指针（this对象是str1）

str1=“abcdefg”; str1[7]=‘K’;不报错，而str1[20]=‘K’;报错segmentation fault的原因？

答：string对象会进行自动扩容1.5~2倍（编译器决定）

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;int main() {string str1 = "helloworld";cout << "str1 = " << str1 << " size = " << str1.size() << endl;cout << "str1[0] = " << str1[0] << endl;cout << "str1[9] = " << str1[9] << endl;cout << "str1[10] = " << str1[10] << endl;cout << "str1[11] = " << str1[11] << endl;cout << "str1[12] = " << str1[12] << endl;cout << "str1[13] = " << str1[13] << endl;cout << "str1[20] = " << str1[20] << endl;cout << "str1[50] = " << str1[50] << endl;cout << "str1[120] = " << str1[120] << endl;int n = 1000;while (n--) str1 += "T";cout << "str1 = " << str1 << " size = " << str1.size() << endl;return 0;
}

在这里插入图片描述

str1.length()与strlen(str1)的区别？

答：strlen的时间复杂度为O(n)，而string.length的时间复杂度为O(1)，string类中存储着length的大小，strlen为遍历方式

#include<iostream>
#include<string>
#include<cstring>
using namespace std;int main() {int n = 100000000;string s1;while (n--) s1 += 'T';long start = clock();int size = s1.size();cout << "c++ size = " << size << " time = " << clock() - start << endl;start = clock();size = strlen(s1.c_str());cout << "c size = " << size << " time = " << clock() - start << endl;return 0;
}

在这里插入图片描述

很明显的计算时间的差异

cout对字符串的输出结束判定是通过str.size()的，而不是像C语言一样通过字符串末尾的\0。
直接使用 str[11] = T 等赋值操作无法像 += 操作一样新增string字符串内容并触发string.size的修改。

3.Map

Map	头文件	命名空间
hash_map	<hash_map>/<ext/hash_map>	__gnu_cxx;
unordered_map	<unordered_map>	std

映射过程是根据哈希函数进行映射的，结果是乱序的，hash_map底层是利用数组实现的，在数组上再挂在链表。

使用map时需要预先进行find查找，以免访问未分配空间造成size增加！

#include<iostream>
#include<unordered_map>
using namespace std;int main() {unordered_map<string, int> hashmap;hashmap["abc"] = 1;hashmap["abcd"] = 2;hashmap["abcde"] = 3;hashmap.insert(pair<string, int>("adcdef", 4));cout << "size = " << hashmap.size() << endl;cout << "hashmap[\"hello\"] = " << hashmap["hello"] << endl;//访问非法空间则自动生成一个默认的类型cout << "size = " << hashmap.size() << endl;return 0;
}

在这里插入图片描述

auto it = hashmap.find("hello");
if (it != hashmap.end()) cout << "hashmap[\"hello\"] = " << hashmap["hello"] << endl;
else cout << "hashmap[\"hello\"] is not exist!" << endl;

当map集合非常大时，使用swap方法比直接使用运算符重载的=进行赋值更快！

swap方法将两个数据集进行对换，对换的过程中没有出现内存的拷贝，速度比使用重载的赋值运算符更快。

#include<iostream>
#include<map>
using namespace std;int main() {map<int, int> mymap1;int n = 10000;while (n--) mymap1[n] = 2;//map集合的数据集非常大10000条数据unsigned long tick = clock();map<int, int> mymap2 = mymap1;cout << "time(operator) = " << clock() - tick << endl;//直接使用运算符重载时消耗的时间tick = clock();map<int, int> mymap3;mymap3.swap(mymap1);cout << "time(switch) = " << clock() - tick << endl;//使用switch方法对换数据消耗的时间return 0;
}

在这里插入图片描述

遍历hashmap

int main() {unordered_map<string, int> hashmap;hashmap["abc"] = 1;hashmap["abcd"] = 2;hashmap["abcde"] = 3;hashmap.insert(pair<string, int>("adcdef", 4));cout << "size = " << hashmap.size() << endl;auto it = hashmap.find("hello");if (it != hashmap.end()) cout << "hashmap[\"hello\"] = " << hashmap["hello"] << endl;else cout << "hashmap[\"hello\"] is not exist!" << endl;for (auto it = hashmap.begin(); it != hashmap.end(); ++it) {cout << "key = " << it->first << "\tvalue = " << it->second << endl;}for (auto it : hashmap) {cout << "key = " << it.first << "\tvalue = " << it.second << endl;}return 0;
}