【C++】近期C++特性进阶学习总结（一）

前言

C++的特性多的数不胜数，语言标准也很多，所以不定期对近期所学的C++知识进行总结，是对自身知识体系检查的良好机会，顺便锻炼一下写博客的文笔

三/五/零之法则

三之法则：如果某个类需要用户定义的析构函数、用户定义的复制构造函数或用户定义的复制赋值运算符，那么它几乎肯定需要全部三者。

五之法则：任何想要移动语义的类必须声明全部五个特殊成员函数(析构函数、拷贝构造、赋值运算、移动拷贝构造、移动赋值运算)：

零之法则：有自定义析构函数、复制/移动构造函数或复制/移动赋值运算符的类应该专门处理所有权

当有意将某个基类用于多态用途时，可能需要将它的析构函数声明为公开的虚函数。由于这会阻拦隐式移动（并弃用隐式复制）的生成，因而必须将各特殊成员函数声明为预置的

class base_of_five_defaults

{

public:

    base_of_five_defaults(const base_of_five_defaults&) = default;

    base_of_five_defaults(base_of_five_defaults&&) = default;

    base_of_five_defaults& operator=(const base_of_five_defaults&) = default;

    base_of_five_defaults& operator=(base_of_five_defaults&&) = default;

    virtual ~base_of_five_defaults() = default;

};

扩展阅读：

来自cppreference：三五法则

CRTP

Curiously Recurring Template Pattern(奇异的递归模板模式)

CRTP是指一个类A有一个基类，这个基类是类A本身的模板特化。具有编译时多态的特性

如下例子也可通过vtable实现。拿这个例子，将CRTP与vtable实现的动态多态进行对比

虚函数：

内存：每个虚函数一个函数指针

运行时：一次函数指针调用

而 CRTP 静态多态的开销是：

而 CRTP 静态多态的开销是：

内存：每个模板实例化的 Base 副本

运行时：一个函数指针调用 + static_cast 正在做的任何事情

template <typename T>

struct Base {

  void foo() {

    (static_cast<T*>(this))->foo();

  }

};

struct Derived : public Base<Derived> {

  void foo() {

    cout << "derived foo" << endl;

  }

};

struct AnotherDerived : public Base<AnotherDerived> {

  void foo() {

    cout << "AnotherDerived foo" << endl;

  }

};

template<typename T>

void ProcessFoo(Base<T>* b) {

  b->foo();

}

int main()

{

    Derived d1;

    AnotherDerived d2;

    ProcessFoo(&d1);

    ProcessFoo(&d2);

    return 0;

}

Output：

derived foo

AnotherDerived foo

扩展阅读：

来自cppreference：CRTP

c++标准中对于CRTP的使用例子：std::enable_shared_from_this(cpp11)、std::ranges::view_interface(cpp20)

RAII

Resource Acquisition Is Initialization(资源获取即初始化)

将资源的生命周期与对象的生命周期所绑定（构造获取资源/析构释放资源，利用了栈上的变量在离开作用域的时候会析构的特性），c++11后的四大smart_point(shared_ptr、unique_ptr、weak_ptr、auto_ptr(在17中废除))采用了这种思想。

扩展阅读：

一文带你了解智能指针（转载并结合总结）

RTTI

Run Time Type Identification(运行时类型识别)
c++中RTTI的一些体现typeid、dynamic_cast、type traits

具体可以看runtime的库的函数__RTtypeid，rtti把所需的type_info信息放在vtable前，大概也是dynamic_cast要求父类必须有虚函数的原因吧
注意，取虚函数表地址时（此处请注意环境在32位和64位下的区别，32位可以用int，64位用longlong）

...

	Base *pb2 = new Derive();

	const std::type_info &tp2 = typeid(*pb2);

	printf("tp2地址为:%p\n", &tp2);

	long *pvptr = (long *)pb2;

	long *vptr = (long *)(*pvptr);

	printf("虚函数表首地址为:%p\n", vptr);

	printf("虚函数表首地址之前一个地址为:%p\n", vptr-1); //这里的-1实际上是往上走了4个字节

	long *prttiinfo = (long *)(*(vptr - 1));

	prttiinfo += 3; //跳过12字节

	long * ptypeinfoaddr = (long *)(*prttiinfo);

	const std::type_info *ptypeinfoaddrreal = (const std::type_info *)ptypeinfoaddr;

	printf("ptypeinfoaddrreal地址为:%p\n", ptypeinfoaddrreal);

	cout << ptypeinfoaddrreal->name() << endl;

...

扩展阅读：

C++ RTTI 实现原理详解

(C++对象模型)：RTTI运行时类型识别回顾与存储位置介绍

【专业技术】C++ RTTI及“反射”技术

RTTR

反射是一个进程检查、反省和修改其自身结构和行为的能力
Run Time Type Reflection(运行时类型反射)

众所周知，java、c#、Go等语言在语言层面支持了反射特性。而c++不支持反射，因为C++没有在语言层面提供返回类的metadata的能力，所以很多属性要靠手动注册，于是乎有人自造轮子搞了个反射机制（UE中的U++通过UHT和UBT来支持反射）

扩展阅读：

Run Time Type Reflection

C++ Reflection Library

auto接收std::vector<bool>::reference的问题

注意此处的BoolData类型是std::vector\<bool\>::reference，此处是历史遗留问题，设计std::vector\<bools\>的时候，认为bool只需要1bit，内部做了内存优化，所以用[]访问的时候，得到的是一个内部（被压了位）对象的引用

如果在长度确定的情况下，用std::bitset代替std::vector是一个更好地选择

    std::vector<bool> BoolDatas;

    // BoolData: std::vector<bool>::reference

    for (auto BoolData : BoolDatas)

    {

    }

    // IntData: int

    std::vector<int> IntDatas;

    for (auto IntData : IntDatas)

    {

    }

扩展阅读：

cppreference: std::vector::reference

类型擦除

将原有类型消除或者隐藏，换言之，在封装接口中，很多情况下我不关心具体类型是什么或者根本不需要这个类型，它可以使接口有更好的通用性、延展性，消除耦合，减少重复代码

一个很详细关于类型擦除的介绍:类型擦除，从多态、template、std::varient(来自boost::varient)、std::any(来自boost::any)、到closesure去分析

扩展阅读：

类型擦除

boost

只能说boost yyds啊，除了模板多，多次编译会导致编译时间长以外，功能真的很强大确实如其名boost。例如c++17中的std::filesystem、std::any、std::varient直接来自于boost中。还有boost::program_options用于处理控制台的输入参数也是很方便

#、#@、##、__VA_ARGS__ 应用

#define Conn(x,y)  x##y // 表示x连接y

#define ToChar(x)  #@x  // 给x加上单引号

#define ToString(x) #x  // 给x加上双引号

char* str = ToString(123132);     // str="123132";

int n = Conn(123,456);            //n=123456;

char* str = Conn("asdf", "add")   //str = "asdfadf";

也可用来省略可变参数为空时，去掉前面的,

#define ESC_START     "\033["

#define ESC_END       "\033[0m"

#define COLOR_FATAL   "31;40;5m"

#define COLOR_ALERT   "31;40;1m"

#define COLOR_CRIT    "31;40;1m"

#define COLOR_ERROR   "31;40;1m"

#define COLOR_WARN    "33;40;1m"

#define COLOR_NOTICE  "34;40;1m"

#define COLOR_INFO    "32;40;1m"

#define COLOR_DEBUG   "36;40;1m"

#define COLOR_TRACE   "37;40;1m"

#define Msg_Info(format, ...) (printf( ESC_START COLOR_INFO "[INFO]-[%s]-[%s]-[%d]:" format ESC_END, __FILE__, __FUNCTION__ , __LINE__, ##__VA_ARGS__))

#define Msg_Debug(format, ...) (printf( ESC_START COLOR_DEBUG "[DEBUG]-[%s]-[%s]-[%d]:" format ESC_END, __FILE__, __FUNCTION__ , __LINE__, ##__VA_ARGS__))

#define Msg_Warn(format, ...) (printf( ESC_START COLOR_WARN "[WARN]-[%s]-[%s]-[%d]:" format ESC_END, __FILE__, __FUNCTION__ , __LINE__, ##__VA_ARGS__))

#define Msg_Error(format, ...) (printf( ESC_START COLOR_ERROR "[ERROR]-[%s]-[%s]-[%d]:" format ESC_END, __FILE__, __FUNCTION__ , __LINE__, ##__VA_ARGS__))

int main()

{

  Msg_Info("test!\n");

  Msg_Warn("%d\n", 10);

  Msg_Error("%s\n", "error");

  Msg_Debug("Debug\n");

  // 当可变参数为空时

  Msg_Debug();

  /*

  (printf( "\033[" "32;40;1m" "[INFO]-[%s]-[%s]-[%d]:" "test!\n" "\033[0m", "D:\\repos\\C++Project\\main.cpp",  __FUNCTION__   , 66 ));

  (printf( "\033[" "33;40;1m" "[WARN]-[%s]-[%s]-[%d]:" "%d\n" "\033[0m", "D:\\repos\\C++Project\\main.cpp",  __FUNCTION__   , 67,10));

  (printf( "\033[" "31;40;1m" "[ERROR]-[%s]-[%s]-[%d]:" "%s\n" "\033[0m", "D:\\repos\\C++Project\\main.cpp",  __FUNCTION__   , 68,"error"));

  (printf( "\033[" "36;40;1m" "[DEBUG]-[%s]-[%s]-[%d]:" "Debug\n" "\033[0m", "D:\\repos\\C++Project\\main.cpp",  __FUNCTION__   , 69 ));

  (printf( "\033[" "36;40;1m" "[DEBUG]-[%s]-[%s]-[%d]:"  "\033[0m", "D:\\repos\\C++Project\\main.cpp",  __FUNCTION__   , 77 ));

  */

}

char a = ToChar(1);               // a='1';

// char a = ToChar(123);          // 编译器报错

__VA_ARGS__

用于宏定义中代表可变参数

#define debug(...) printf(__VA_ARGS__)

c++20 初始化表达式

使用c++11的range for的时候，就在好奇为什么没带有Initialization的range for，终于在C++20中见到了

for (Initialization ; traverse data)

{

    // dosomething()

}

不能有const_cast<T>的原因

如果允许某种模板推导，它会更容易发生意外错误。其次const_cast也可以用来删除volatile，编译器怎么知道你想扔掉什么？

总结

在过去半年内，个人比较热爱C++的各种奇淫特性，内容更偏向笔记时所记录，所以本文更偏向简约不详细深入。不对某个特性进行深入总结，宗旨在抛砖引玉，简单地介绍特性的作用和用法，再通过后面的我觉得可以阅读的扩展阅读可进行深入了解。

TODO

C++进阶学习总结（二）：
- POD
- CTAD和折叠表达式
- type_traits
- C++17一些值得了解的特性
- 模板(SFINAE，std::enable_if(c++11)，concept (c++20))