C++复习

📚 C++核心知识点超详细整理

🔤 基础语法与数据类型

变量与常量

• 变量作用域与存储类别：
  • 局部变量：定义在函数或代码块内，作用域仅限当前代码块，存储在栈区，离开作用域自动销毁。
  • 静态局部变量：用static修饰，存储在全局/静态区，初始化一次，生命周期持续整个程序，但作用域仍为当前代码块。
  • 全局变量：定义在所有函数外，作用域为整个程序，存储在全局/静态区，生命周期持续整个程序。
  • 静态全局变量：用static修饰，作用域仅限当前文件，避免不同文件的全局变量冲突。
• 常量定义方式对比：

  定义方式	类型安全	作用阶段	适用场景
  const常量	是	编译阶段	需要类型检查的常量
  #define宏	否	预处理阶段	简单数值常量、代码片段替换
  enum枚举	是	编译阶段	相关常量集合

数据类型与类型转换

• 基本数据类型内存大小（64位系统）：

  类型	大小(字节)	范围
  bool	1	true/false
  char	1	-128~127
  short	2	-32768~32767
  int	4	-2^31~2^31-1
  long	8	-2^63~2^63-1
  float	4	6~7位有效数字
  double	8	15~16位有效数字

• 类型转换规则：
  • 隐式类型转换：低精度类型自动转换为高精度类型，如int转换为double。
  • 显式类型转换：通过static_cast、const_cast等进行强制转换，C风格转换（如(int)3.14）不推荐，因为缺乏类型检查。

🔀 控制流程深度解析

分支结构

• 三目运算符细节：
  • 语法：condition ? expr1 : expr2，右结合性，优先级低于算术和关系运算符，建议加括号明确逻辑。
  • 适用场景：仅适合简单二选一的场景，复杂逻辑建议使用if-else。
• if-else核心坑点：
  • else默认与最近的未配对if结合，建议用大括号明确逻辑范围，避免匹配错误。
  • 非零即真规则：C++中任何非零值都被视为真，零值被视为假，布尔值true等价于1，false等价于0。
• switch语句高级用法：
  • 表达式类型限制：只能是整型、字符型、布尔型或枚举类型，不能是浮点数或字符串。
  • 贯穿问题：case块末尾必须加break，否则会从匹配的case开始执行后续所有代码。
  • 多值同逻辑：多个case可以共用一段代码，如case 1: case 2: cout << "工作日"; break;。

循环结构

• 三种循环对比：

  循环类型	适用场景	注意事项
  for	已知循环次数	循环变量前置定义，减少重复创建
  while	未知循环次数，可能不执行	避免循环内重复计算条件表达式
  do-while	未知循环次数，至少执行一次	注意循环条件后面的分号

• 循环控制进阶：
  • break：跳出当前循环，若嵌套循环则只跳出最内层。
  • continue：跳过本次循环剩余代码，直接进入下一次循环迭代。
  • goto：可以跳出多层循环，但滥用会导致代码可读性下降，建议谨慎使用，可优先考虑设置标志变量。

📦 函数与面向对象进阶

函数核心特性

• 函数重载匹配规则：
  • 精确匹配优先，其次是常量转换、提升转换、标准转换。
  • 返回值类型不影响重载匹配，只有参数的类型、个数、顺序不同才会构成重载。
• 递归函数优化：
  • 尾递归：递归调用是函数的最后操作，部分编译器会将其优化为循环，避免栈溢出。
  • 终止条件：必须明确，否则会导致无限递归和栈溢出。
• 内联函数：
  • 用inline关键字修饰，建议函数体短小且调用频繁的函数使用，减少函数调用开销。
  • inline是编译器的建议而非强制，编译器可能拒绝内联较大的函数。

面向对象核心概念

• 类与对象：
  • 类是对数据和操作数据的方法的封装，相当于自定义类型；对象是类的实例，占用实际内存。
  • 成员变量：描述对象的属性，建议设为private或protected，隐藏实现细节。
  • 成员函数：描述对象的行为，设为public作为对外接口，内部辅助函数设为private。
• 构造与析构函数：
  • 构造函数：无返回值，与类同名，支持重载，用于初始化对象。默认构造函数在无自定义构造时自动生成。
  • 析构函数：无参数，与类同名加~，仅一个，用于清理对象资源。
  • 特殊构造：拷贝构造函数（const T&）用于对象拷贝，移动构造函数（T&&）用于转移临时对象资源，避免深拷贝。
• 继承与多态：
  • 继承方式：public继承保留基类成员的访问权限，protected继承将基类public成员变为protected，private继承将基类所有成员变为private。
  • 多态：通过虚函数实现，基类指针或引用指向派生类对象时，调用派生类重写的虚函数。
  • 抽象类：包含纯虚函数（virtual void func() = 0），不能实例化，用于定义接口。

🗄️ STL容器与算法详解

常用容器特性

容器使用技巧

• vector：提前用reserve预留内存，避免频繁扩容；批量删除元素用erase结合remove，减少元素移动次数。
• string：find方法查找子串，返回string::npos表示未找到；replace方法替换子串，可指定替换起始位置和长度；substr方法获取子串，参数为起始位置和长度。
• map：用[]运算符访问键值对，若键不存在则插入默认值；用find方法查找键，返回迭代器，未找到则返回map::end()。

🧠 内存管理与智能指针

内存分区与动态内存

• 内存分区：
  • 栈区：存储局部变量和函数参数，自动分配和释放，内存空间有限。
  • 堆区：动态分配内存（new/malloc），需手动释放（delete/free），否则会导致内存泄漏。
  • 全局/静态区：存储全局变量、静态变量和字符串常量，生命周期持续整个程序。
  • 代码段：存储函数体和类成员函数的机器指令，只读。
• new/delete与malloc/free对比：

  特性	new/delete	malloc/free
  类型检查	是	否
  自动调用构造/析构	是	否
  返回值类型	对应类型指针	void*
  异常机制	抛出bad_alloc异常	返回NULL

智能指针详解

• unique_ptr：独占所有权，同一时间只能有一个unique_ptr指向同一个对象，通过std::move转移所有权，不能直接拷贝。
• shared_ptr：共享所有权，使用引用计数跟踪对象，当引用计数为0时自动释放内存，可通过use_count方法查看当前引用计数。
• weak_ptr：解决shared_ptr的循环引用问题，不增加引用计数，可通过lock方法获取shared_ptr访问对象。

🚀 现代C++特性(C++11及以后)

列表初始化与auto

• 列表初始化：统一的初始化语法，用{}进行初始化，避免窄化转换（如将浮点数转换为整数），语法更简洁。
• auto类型推导：编译器自动推导变量类型，简化代码，尤其适用于复杂类型（如迭代器、Lambda表达式），但要注意auto不会推导引用和const属性，除非明确指定。

Lambda表达式与线程

• Lambda表达式：定义匿名函数的语法，格式为[捕获列表](参数列表) -> 返回类型 { 函数体 }。
  • 捕获方式：[]无捕获，[=]值捕获所有外部变量，[&]引用捕获所有外部变量，[x, &y]值捕获x，引用捕获y。
  • 适用场景：用于算法的自定义比较函数、异步任务的回调函数等。
• 线程操作：
  • std::thread创建线程，join方法等待线程执行完毕，detach方法让线程在后台执行。
  • std::mutex实现互斥锁，保护共享资源，避免数据竞争；std::lock_guard自动管理锁的生命周期，防止死锁。