C/C++重难点总结系列（四）

31.C++五种迭代器类型

（1）Input Iterator：只读前向遍历迭代器。

如：istream

（2）Output Iterator：只写前向遍历迭代器。

如：ostream,inserter

（3）Forward Iterator：可读写前向遍历迭代器。

如：forward_list

（4）Bidirectional Iterator:可读写双向遍历迭代器。

如：list、set、multiset、map、multimap

（5）RandomAcess Iterator：可读写随机访问迭代器。

如：vector、deque、string、array

注：在C++迭代器的实现中，上述5种迭代器为继承关系，故迭代器的能力逐级递增。

迭代器的能力也反映了容器的特性，如vector可以随机访问元素，但list不能。

32.关于shared_ptr和unique_ptr的正确声明

（1）shared_ptr<T>

常见方法两种：a.最安全的做法：使用make_shared<T>(args)；b.结合new使用。如：

shared_ptr<int> p1=make_shared<int>(42);
auto p2=make_shared<string>("hello");
//make_shared<T>(args)的args参数必须与T的一个构造函数匹配，才能完成动态对象的初始化

结合new使用时，构造函数将内置指针转换为智能指针。

但是智能指针的构造是explicit的，因此内置指针不能隐式转换为智能指针，必须直接构造，故下面第一种写法是错误的！

shared_ptr<int> p1=new int(1024);//error
shared_ptr<int> p2(new int(1024));//correct

（2）unique_ptr<T>

unique_ptr<T>只能绑定到new返回的指针上，不能拷贝或赋值！（独占的含义）如：

unique_ptr<string> p1(new string("test"));//correct
unique_ptr<string> p2(p1);//error

33.关于虚析构函数
（1）为多态基类声明一个虚析构函数，即：一旦一个类出现虚成员函数就应该有一个虚析构函数。

（2）不要为非基类声明虚析构函数。

如：STL容器都是非虚析构函数，因此不要子类化STL容器。（PS：C++11提供了final关键字禁止派生，但STL容器未加入，应主动避免）

（3）为抽象基类（接口类）声明一个纯虚析构函数并给出定义！

注：抽象基类仅提供接口而在派生类中实现成员函数，纯虚析构是个特例！

34.关于C++ 类型转换与类型安全问题

C++提供了四种类型转换，相对于传统的C-style强制类型转换可读性更强，正是因为C++灵活的类型转换，所以：C++不是类型安全的！

另外，C++中应尽量避免转型，会带来效率上的折损和安全问题，如下行转换失败会返回空指针或抛出异常。

（1）const_cast：常量性去除，即const转非const（唯一手段！）

（2）static_cast：强迫隐式隐式转换（将隐式转换显化，与传统强制转换效果一样，但是更可读）如将void*转换为typedef声明的指针。

（3）dynamic_cast：安全地下行转换：将基类的指针/引用转型为派生类的指针/引用，从而间接地操作派生类的某些函数，适用于某些特殊情况。

注：上行转换（即将派生类的指针/引用转型为基类的指针/引用）本身是安全的，因为派生类包含基类的所有属性，所有可直接使用static_cast转换。但是下行转换不安全，dynamic_cast使用了RTTI机制（运行期检查），因此可以保证上行转换这种特殊转换的安全！

（4）reinterpret_cast：执行低级转换，如int*转成int（用的较少）

35.dynamic_cast何时转型失败？

34中已提到dynamic_cast会在运行期检查，那么何时会转型失败从而保证安全？

（1）当基类指针或引用指向派生类时，向下转型是安全的。

（2）当基类指针或引用指向基类时，向下转型会失败（安全检查后阻止）：

（直观理解：本身是基类的指针想转派生类是不允许的！但是如果本身是派生类指针而隐式转换成了基类指针（隐式上行转换），后面想逆行转换当然可以）

a.对于指针转型失败会返回空，故可以作if检查判断是否转型成功；

b.对于引用转型失败会抛出bad_cast异常，故可用try_catch做异常处理。

示例：

//转型成功的情况
Base *base=new Derived;
if(Derived *derived = dynamic_cast<Derived*>(base))
cout<<"dynamic_cast successful"<<endl;
else cout<<"dynamic_cast failed"<<endl;
//转型失败的情况(指针)
Base *base=new Base;
if(Derived *derived = dynamic_cast<Derived*>(base))
cout<<"dynamic_cast successful";
else cout<<"dynamic_cast failed"<<endl;
//转型失败的情况(引用)
Base base1;
Base &base2=base1;
try{
Derived &base3=dynamic_cast<Derived&>(base2);
}catch(bad_cast){
cout<<"dynamic_cast failed"<<endl;
}
36.关于异常安全性问题
（1）异常安全基本条件：不泄露任何资源、不破坏任何数据

（2）三种级别的保证：基本保证<强烈保证<不抛异常保证

基本保证：若有异常抛出，所有对象仍然有效；

强烈保证：若有异常抛出，所有数据保持原样

不抛异常保证：不抛异常

（3）提高异常安全性：

a.尽量使用智能指针等RAII技术，解决资源泄露问题；

（注：RAII---核心思想是用对象管理资源：对象构造时获取资源，对象析构时释放资源，如智能指针、互斥锁类等）

b.Copy and Swap技术，解决数据破坏问题

（注：Copy and Swap---核心思想是用副本检测异常：先对需要修改的对象做出一份副本，这个副本的构造使用RAII以确保不会资源泄露，在副本上完成所需的修改，如果修改过程中出现异常，原对象仍保持不变。修改完成后，再通过non-throwing
swap将副本与原对象交换。）

c.调整语句次序，将状态、标志、统计类变量尽量放在代码异常之后；

有异常安全问题的代码示例如下：

void PrettyMenu::changeBackImage(istream &imageSource)
{
lock(&mutex);//上互斥锁
delete bgImage;//删除旧图像
++imageChanges;//图像变更统计
bgImages = new Image(imageSource);//安装新图像
unlock(&mutex);//释放互斥锁
}
//上述代码安全性很差，原因如下：
//（1）new Image若抛出异常，则
//mutex永远不会被释放，造成资源泄露
//（2）new Image若抛出异常，旧图像
//删除且统计变量也已更新，但新图像
//却未安装，造成数据破坏根据上述问题，修改后异常安全的代码如下：
void PrettyMenu::changeBackImage(istream &imageSource)
{
Lock mylock(&mutex);//使用互斥锁类，退出函数时析构函数中释放互斥锁（RAII技术）
bgImage.reset(new Image(imageSource));
//bgImage为shared_ptr<Image>类型，使用其reset成员防止数据破坏和内存泄露（RAII技术）
++imageChanges;//图像变更统计放在新图像安装之后
}

37.重载、重写（覆盖）、隐藏的区别
（1）重载（overload）：函数名相同，参数类型不同的函数集（个数或类型不同）

特点：相同范围（同一个类里或同处于全局函数）；函数名相同；参数不同

（2）重写（Override）：OOP中派生类覆盖基类函数，

特点：不同范围（基类、派生类）；函数名相同；参数相同；基类函数必须有virtual修饰

（3）隐藏（Overwrite）：

规则：a.派生类与基类同名但参数不同，基类函数一定触发隐藏。（不是重载！）

    b.派生类与基类同名但参数相同，若基类成员无virtual修饰则触发隐藏。（不是覆盖！）

判断方法：若处于同一类中，同名且不同参一定是重载。（先排除重载）

    若处于不同类（派生类和基类）中，出现同名先考虑是否是多态中的重写（函数名和参数完全一样而且有virtual关键字），

  一旦排除重写（再排除重写），出现同名不管参数是否一样一定会触发隐藏（剩下情况一定触发隐藏）。

触发结果：隐藏机制触发后，该成员对派生类指针不可见（会直接调用派生类的成员），对基类指针而言仍可见。因此，对象指针到底调用的哪个成员取决于指针类型。

注：规则中第二条其实应该避免！与Effective C++中第36条相违背：绝不重新实现从基类继承的非虚函数（重新定义非虚函数有违public继承的本意，对于需要重新实现的成员应当在基类声明成虚函数）

38.理解接口继承与实现继承

继承体系中分为实现继承和接口继承，由基类成员函数的性质决定：

（1）基类出现纯虚函数（接口继承）：仅提供接口给派生类继承，而不提供任何缺省版本（派生类一定要重写！）

（2）基类只有普通虚函数（实现继承）：基类提供接口和一个缺省版本给派生类继承（派生类可重写也可不重写，不重写时会调用基类实现的缺省版本！）

注：对于非虚函数（即普通成员函数）应直接继承基类的实现（在内存中会拷贝一份到派生类），而不应重写！否则会触发隐藏机制第二条规则，并且和Effective C++中的建议也是相违背的。若想重写（多态），请使用实现继承或接口继承。

 

39.绝不重新定义一个继承而来的缺省参数值

在继承体系中，基类虚函数中出现缺省参数值，派生类重写时无法重新定义其缺省参数值。原因：

缺省参数值静态绑定，而虚函数动态绑定！

40.关于虚继承

因果：多重继承出现同名成员--->产生二义性--->使用虚继承解决

解释：当多重继承的基类有同名成员时，派生类会产生多个拷贝的二义性问题，通过虚继承保证只有一个拷贝，同一个函数名也只有一个映射。

方法：将需要多重继承的那几个基类虚继承其基类，如D多重继承自B1和B2，则将B1和B2虚继承自它们的基类A

示例：

class B1 : virtual public A //也有一种写法是class CB : public virtual CA
{ //实际上这两种方法都可以
};
class B2 : virtual public A
{
};
class D : public B1, public B2
{
};
使用虚继承与不使用的效果如下：前者为使用虚继承后二义性被解决。



注：虚继承的存在仅在解决多重继承问题里有意义，其他情况应尽量避免（个人理解，如有不当请指正），虚继承会导致效率的降低和产生更大的空间。