现代C++核心准则（上）type
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一.前言
一些神话
在学习C++之前，我们应该先学好C语言。
C++和C语言的区别是C++是一种面向对象的语言，C是面向过程的语言
越是低级的代码效率越高，汇编> C > C++
当一个C++程序员最重要的是数学要好
——Bjarne Stroustrup
为什么是C++？
如果同学们比较关注时事，会发现2025乃至未来的很长一点时间内，AI都将成为社会的主流发展方向。这里面py荣登编程语言榜首并且遥遥领先的原因也是因为AI。
AI对编程学习的改变：程序员可以将大模型作为外置大脑，编程无需去关心那些过程上的简单逻辑，只需要去关注目的。比如：
曾经很多程序员需要大量记忆，练习，思考才能习得的技能变得不再重要，比如操作SQL的能力、模式匹配、语法和逻辑分析、复杂for循环分析等。
还有些任务是AI难以完成的，比如？
逻辑电路设计，你的卧室有一盏灯，门口和床头各有一个开关，这两个开关都可以独立控制这盏灯，如何用代码实现这一逻辑？尝试用AI去实现这一问题。
二. C++基础知识
首先我们默认来上课的同学都有C语言基础。在C的基础之上，我们来学习C++
构造/析构函数
虽然表面上来说，C++和C最大的区别就是C++有类，而C只有结构体。但实际上C++的类和结构体二者并没有很大的差别，你可以把C++的struct看作一个都是public属性的class。
C++和C最大的区别是C++有构造函数和析构函数，构造函数就是对象创建自动调用的函数，析构函数就是对象释放自动调用的函数。
这个改动看起来只是一个语法糖级别的改动，只是让程序员少写一个初始化函数和释放函数，但实际上这个改动产生了一个C++当中极其重要的概念——RAII（资源获取即初始化）
一些准则
首先需要明确的是一个优秀的C++程序员需要具备的能力，我们前两天的课程以一些C++程序员都应该遵守的准则来切入——
区分静态和运行时
代码的直接表达
看一个实际的例子
再来一个：
在日常生活中，我们会经常用到数据表合并。比如新生入学的表和报名选课的表，合并后就是每个学生的选课情况。
student_id | name | age |
1 | 王宁 | ㅤ |
2 | 张超 | 22 |
3 | 李敏 | 20
21 |
course_id | student_id | course_name |
101 | 2 | 数学 |
102 | 3 | 体育 |
103 | 1 | 历史 |
name | course_name |
王宁 | 历史 |
张超 | 数学 |
李敏 | 体育 |
不要泄露资源
资源就是任何需要你释放的东西，其中C++泄露最多的就是内存，也就是人们常说的内存泄漏
不要浪费时间或者空间
低耦合
什么是高耦合？
有一个案例，端游《英雄联盟》代码量最大的英雄——水晶先锋和琴瑟仙女。比如英雄在泉水自动回血的机制，代码中不是检测到英雄的位置在泉水的回血范围，然后就增加英雄的HP，而是放一个隐身的琴瑟仙女施放回血技能，很显然这样做的好处就是只要你完成琴瑟仙女的回血技能，你可以在任何需要回血的场景放一个隐身的琴瑟仙女。缺点就是当琴瑟仙女这个英雄的逻辑出现问题的时候，所有与之相关的回血场景都会出现问题。
什么是低耦合？
比如windows的文件夹系统，有不同的排布方式：平铺、大图标、小图标。文件夹的数据什么都是固定的，只是绘制方式被抽离，也就是经典的MVC设计模式。这样的设计之下当需要一种全新的UI，只需要添加新UI的绘制逻辑就行了。
三. C++经典特性
面向对象
封装：抽象模型，区分内外
继承+多态：
1. 继承基类以获取其内容，来解决代码重用的问题。
2. 声明某个子类完全兼容于某基类。
3.基于对象所属类的不同，外部对同一个方法的调用，实际执行的逻辑不同。
虚函数
C语言是面向过程的语言，面向过程意味着很多概念要靠用户来定义，然而编程语言的概念和现实世界的概念往往存在一些偏差，如果编程语言不能更好地对应于现实世界（面向对象），那么有些程序写起来就会非常困难。
我们拿一个现实世界的例子来看，我们去超市购物，挑选不同的商品放进购物车，等到都选好后集中扫码，超市的结算系统会将所有商品的价格相加。
这里的问题就来了：我们日常生活中所说的将每一个商品的价格相加，实际上说的是将具体商品的价格相加，也就是可乐的价格加胡萝卜的价格加牛奶的价格，但是在代码中是直接将商品的价格提取出来。
在C和C++当中，类的数据成员和函数成员不是同样的概念，或者说，类的数据是每一个类实例都私有的，但是类的成员函数是所有类实例共用的。所以C和C++的类实例调用函数的时候只看类的纸面类型，不看对象的创建类型，当一个可乐变成一个商品的时候，它默认就访问不到可乐的函数了。
💡
1.C++中class和struct基本是等价的，一般来说当class中需要区分private成员的时候就定义为class。
2.优先将成员定义为private，减少外部曝光。
面向过程
比如我们实现一本字典，主要用于用户查询。使用面向对象的角度思考问题，我们需要定义一个类
程序之外，我们可以将字典存在一个文件中，结构大概是
这就是面向对象的角度看问题，然而如果我们换一个角度，常用汉字有几万个，拼音只有几百种类，这样的数据组织方式为对人类友好但是对机器不友好的，因为会存储大量重复数据。因此我们可以根据这种特性将二者分离存储。
泛型
模版：用来生成代码的代码。
类模板
函数模板
模板元编程
模板元编程利用了模板在编译器生成代码，现在已经被constexpr代替，比如上述代码只需要写成
函数式
函数式编程对我们的启发是，写代码的时候尽量使用纯函数，纯函数是一种不会受到外部因子影响，输出和输入严格相关的函数。纯函数的好处是只要单元测试通过，它永远都不会出现问题。
四. STL
1尽可能使用标准库
原因：节省时间。不要重新发明轮子。不要复制他人的工作。当其他人进行改进时，从他们的工作中受益。当你进行改进时，可以帮助其他人。越来越多的人知道标准库。与您自己的代码或大多数其他库相比，它更稳定、维护良好且广泛可用。
容器
array
array是静态数组，相比原生数组提供了更好的封装和安全性，同时保留了原生数组的高性能特性。现代C++中我们推荐使用array作为静态大小数组的实现，除非有特殊原因才需要使用原生数组。
vector
动态数组，元素内存连续，需要注意的就是它大小改变的过程。
vector扩容示意图
deque
多个数组关联起来的双端队列，主要用于在两端高效插入删除，可以看作元素是数组的链表
deque内存布局示意图
list
双向链表，任务列表就是一个很经典的链表的例子
forward_list
单向链表，比如一个存储大量短信消息的消息队列
💡
链表的内存结构较为简单，但是需要注意的是双向链表的每个节点要比单向链表多一个指针，所以能用单向链表的场景不要使用双向链表。另外由于链表的元素内存不连续，访问链表会出现内存不命中的情况，所以链表的实际性能要比数组低很多，哪怕是在简单的插入场景下。
set、multiset、map、multimap
map、set内存布局示意图
这里我们把出现频次较低的set和出现频次更高的map放在一起讲，因为map就是一个特化的set，是一个允许携带更多信息的set，或者反过来说set是一个没有携带value的map。它们的底层数据结构都是红黑树。因为红黑树自带排序的效果，所以以上容器都是有序的，至于是否允许出现相同元素，完全是插入元素时的人为操作，当插入比较元素key的时候发现相同是元素继续执行的是multi前缀的容器，直接丢弃的是无前缀的。
💡
红黑树插入的时候可能会导致树的不平衡，不平衡的时候红黑树会进行一些平衡操作，这个时候会导致原有的内存布局发生改变，如果依靠地址指针去访问元素会导致刻舟求剑的效果。
unordered_set、unordered_multiset、unordered_map、unordered_multimap
hash表内存示意图
unordered前缀代表无序，以上几个容器的底层数据结构都是哈希表，哈希表本质是一个数组和一个哈希函数组成，这个数组的每一个节点都是一个链表或者红黑树，被称之为桶，元素插入的时候会通过哈希函数计算其应该放在数组的哪一位置。当出现相同位置时会有冲突处理机制，值得注意的是哈希表也会有扩容机制，当哈希表的负载因子（已有元素数除以总大小）高过某一限度的时候，哈希表就会自动扩容。
💡
hash表扩容的时候相当于重新申请一个最外层数组，然后将元素一个一个重新计算hash函数添加进去，这个过程也会有一定的开销，在使用的时候最好能预设大小来避免出现太多次的扩容。
顺序不敏感的场景优先使用unordered类型容器。
问题
为什么上面的例子中没有提到stack这一数据结构？
迭代器
迭代器是一种用于遍历和访问容器中元素的对象，它提供了一组统一的接口，使得可以以相似的方式处理不同类型的容器。STL中的容器（如vector、list、set等）都提供了迭代器，用于访问容器中的元素。
💡
在熟悉了stl的容器后，和我们熟悉的数组对比，会发现数组是很容易通过数组名得到其内部成员的指针的，迭代器的思想就是由此而来，迭代器可以看作是一个指向容器元素的指针，只不过迭代器重载运算符，所以对于迭代器的+并不是简单对地址进行运算。
迭代器失效
迭代器失效是指在对容器进行一些修改操作后，原本有效的迭代器可能不再指向容器中的有效元素，或者指向的元素值发生了变化。这可能导致使用失效的迭代器进行访问或操作时出现未定义的行为
随堂作业
请写出vector list set unordered_set这四种容器的迭代器失效场景
此外迭代器还有一些零散的知识点，比如c开头的迭代器，r开头的迭代器。
算法
std::sort：对指定范围内的元素进行排序。它使用快速排序或者堆排序来实现。
std::find：在指定范围内查找指定的值，返回第一个匹配的元素的迭代器。
td::transform：对一个范围内的元素进行变换，并将结果存储到另一个范围中。
std::copy：将一个范围内的元素复制到另一个范围中。
std::accumulate：对一个范围内的元素进行累加操作，返回累加结果。
std::count：统计指定范围内等于给定值的元素个数。
std::unique：移除指定范围内的连续重复元素，返回指向新范围的尾后迭代器。
std::reverse：反转指定范围内的元素。
👋
学习stl算法的诀窍：请不要在代码中出现显式的for循环，在写循环之前先思考自己所写的需求是不是一种已经实现的算法，stl有100多种算法，如果一个人的代码里有大量for循环，这意味着他不懂stl算法。
五.类型转化
static_cast
static_cast属于静态转化，也就是编译期就已经完成的转化，编译器会负责转化过程，因此如果转化失败编译器会发出警告。
使用场景
reinterpret_cast
reinterpret_cast也属于静态转化，但是reinterpret_cast是属于比较低级的转化，或者说更符合“强制转化”的定义，因此reinterpret_cast的转化是不会报错的，如果进行错误的转化会导致未定义行为。reinterpret_cast常用的场景一般是指针转整数或者是整数转指针等场景。
dynamic_cast
RTTI 提供了一组用于查询对象类型的工具，主要包括 typeid 运算符和 dynamic_cast 运算符。
C++中对象指针的向上转化是不需要任何额外的操作的，但是向下转化是无法直接完成的，需要在运行时检查对象的实际类型，并决定是否转化。dynamic_cast专门用于这种情况的转化。
- 对于指针类型，dynamic_cast失败时返回空指针，成功时返回转换后的指针。
- 对于引用类型，dynamic_cast 失败时抛出std::bad_cast 异常，成功时返回转换后的引用。
上面的例子实际上是dynamic_cast的不好用法，因为在我们明确知道ptr是Child类型的时候，我们可以直接使用static_cast来转化。
综上所述，dynamic_cast在一般情况下都是不建议使用的，如果你的代码中需要用到dynamic_cast的话大概率是你的程序设计存在缺陷，请优先考虑虚函数来实现所用功能。一般我们会在单元测试这样的调试场景下使用dynamic_cast。
const_cast
const_cast用来去掉const类型的const限制，常用的场景是如果一个函数的参数需要一个非const类型，然而你手头只有一个const类型。当然，也可以去掉类型的volatile 和 __unaligned属性。
🔔
不要用const_cast去修改const类型的对象值，这属于未定义行为
六.工具篇
使用Visual Studio开发C++ 而不是vs code或者其他
编译器调试入门
断点
条件断点、变化断点
内存
指针的大小是多少？
Cheat Engine的工作原理是什么？
堆栈
线程&进程
模块
程序运行的所有部分
反汇编
代码经过编译会变得面目全非，反汇编是能让我们确认编译后内容的一种最为直观的方式
git使用
版本控制
远程仓库
github就是一个远程仓库，对应的就是存储文件的远程物理机器，表现在本地就是一个远程路径（url）
版本库
一个被隐藏的.git文件夹
工作区
就是当前的目录下的文件
暂存区
index文件，执行git add之后工作区相关文件会加入暂存区
执行git commit之后暂存区的文件会被加入版本库
清楚了以上基本概念之后，我们来说一下git提交作业的基本流程：
- 创建本地git仓库，然后开始编写代码，代码的改动最好是每一个完整改动都用一次commit提交，最好不要一个commit提交大量改动
- 将本地仓库和远程仓库关联
- 将本地仓库中的代码push到远程仓库，并且测试从远程仓库pull代码到本地
wps编码规范
- Author:Koreyoshi
- URL:https://Koreyoshi1216.com/article/1bfc7b13-c6a7-80a8-a4cd-e7eef407833b
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