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内存管理、模块初阶、STL简介

时间：2024-09-04 19:50:23浏览次数：6  
标签：初阶 函数 STL int right 内存 new 模板 left

内存管理

定位new表达式

定位new表达式是在已分配的原始内存空间中调用构造函数初始化一个对象。

new (place_address) type
或者
new (place_address) type(initializer-list)

place_address必须是一个指针，initializer-list是类型的初始化列表
使用场景：
定位new表达式在实际中一般是配合内存池使用。因为内存池分配出的内存没有初始化，所以如果是自定义类型的对象，需要使用new的定义表达式进行显示调构造函数进行初始化。

#include<iostream>
using namespace std;

class A
{
public:
	A(int a = 0)
		: _a(a)
	{
		cout << "A():" << this << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A():" << this << endl;
	}
private:
	int _a;
};

// 定位new/replacement new
int main()
{
	// p1现在指向的只不过是与A对象相同大小的一段空间，
	// 还不能算是一个对象，因为构造函数没有执行
	A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
	new(p1)A;  // 注意：如果A类的构造函数有参数时，此处需要传参
	p1->~A();
	free(p1);

	A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A));
	new(p2)A(10);
	p2->~A();
	operator delete(p2);
	return 0;
}

在这里插入图片描述

malloc/free和new/delete的区别

malloc/free和new/delete的共同点是：都是从堆上申请空间，并且需要用户手动放。
不同的地方是：

  • malloc和free是函数，new和delete是操作符
  • malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化
  • malloc申请空间时，需要手动计算空间大小并传递，new只需在其后跟上空间的类型即可， 如果是多个对象，[]中指定对象个数即可
  • malloc的返回值为void*, 在使用时必须强转，new不需要，因为new后跟的是空间的类型
  • malloc申请空间失败时，返回的是NULL，因此使用时必须判空，new不需要，但是new需要捕获异常
  • 申请自定义类型对象时，malloc/free只会开辟空间，不会调用构造函数与析构函数，而new在申请空间后会调用构造函数完成对象的初始化，delete在释放空间前会调用析构函数完成空间中资源的清理释放

模块初阶

泛型编程

在以往的学习中，若我们需要解决交换数据的问题，需要写各个类型的函数，从而实现数据不同的问题：

void Swap(int& left, int& right)
{
	int temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}
void Swap(double& left, double& right)
{
	double temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}
void Swap(char& left, char& right)
{
	char temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}
......

使用函数重载虽然可以实现，但是有一下几个不好的地方：

  1. 重载的函数仅仅是类型不同，代码复用率比较低，只要有新类型出现时，就需要用户自己增加对应的函数
  2. 代码的可维护性比较低，一个出错可能所有的重载均出错

因此在C++中有了模板。
泛型编程：编写与类型无关的通用代码，是代码复用的一种手段。模板是泛型编程的基础。
在这里插入图片描述

函数模板

函数模板概念

函数模板代表了一个函数家族，该函数模板与类型无关，在使用时被参数化，根据实参类型产生函数的特定类型版本。

函数模板格式

template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>

返回值类型 函数名(参数列表){}

#include<iostream>
using namespace std;

template<typename T>
void Swap(T& left, T& right)
{
	T temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}

int main()
{
	int a = 1, b = 2;
	double c = 1.1, d = 2.2;

	Swap(a, b);
	Swap(c, d);
	cout << a << " " << b << endl;
	cout << c << " " << d << endl;
}

在这里插入图片描述
注意：typename是用来定义模板参数关键字，也可以使用class

函数模板的原理

函数模板是一个蓝图，它本身并不是函数，是编译器用使用方式产生特定具体类型函数的模具。所以其实模板就是将本来应该我们做的重复的事情交给了编译器。
在这里插入图片描述
在编译器编译阶段，对于模板函数的使用，编译器需要根据传入的实参类型来推演生成对应类型的函数以供调用。比如：当用double类型使用函数模板时，编译器通过对实参类型的推演，将T确定为double类型，然后产生一份专门处理double类型的代码，对于字符类型也是如此。

函数模板的实例化

用不同类型的参数使用函数模板时，称为函数模板的实例化。模板参数实例化分为：隐式实例化和显式实例化。

  • 隐式实例化：让编译器根据实参推演模板参数的实际类型
#include<iostream>
using namespace std;

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}

int main()
{
	int a1 = 10, a2 = 20;
	double d1 = 10.0, d2 = 20.0;
	Add(a1, a2);
	Add(d1, d2);
	//该语句不能通过编译，因为在编译期间，当编译器看到该实例化时，需要推演其实参类型
	//通过实参a1将T推演为int，通过实参d1将T推演为double类型，但模板参数列表中只有一个T，
	//编译器无法确定此处到底该将T确定为int 或者 double类型而报错
	//注意：在模板中，编译器一般不会进行类型转换操作，因为一旦转化出问题，编译器就需要
	//背黑锅
	//Add(a1, d1);
	
	// 此时有两种处理方式：1. 用户自己来强制转化 2. 使用显式实例化
	Add(a1, (int)d1);
	return 0;
}
  • 显示实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型
#include<iostream>
using namespace std;

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}

int main()
{
	int a = 10;
	double b = 20.0;
	// 显式实例化
	Add<int>(a, b);
	return 0;
}

如果类型不匹配，编译器会尝试进行隐式类型转换，如果无法转换成功编译器将会报错。

模板参数的匹配原则

  • 一个非模板函数可以和一个同名的函数模板同时存在，而且该函数模板还可以被实例化为这个非模板函数
#include<iostream>
using namespace std;

// 专门处理int的加法函数
int Add(int left, int right)
{
	return left + right;
}

// 通用加法函数
template<class T>
T Add(T left, T right)
{
	return left + right;
}

void Test()
{
	Add(1, 2);// 与非模板函数匹配，编译器不需要特化
	Add<int>(1, 2);  // 调用编译器特化的Add版本
}
  • 对于非模板函数和同名函数模板，如果其他条件都相同，在调动时会优先调用非模板函数而不会从该模板产生出一个实例。如果模板可以产生一个具有更好匹配的函数， 那么将选择模板
#include<iostream>
using namespace std;

int Add(int left, int right)
{
	return (left + right)*10;
}

template<class T>
T Add(T left, T right)
{
	return left + right;
}

void Test()
{
	cout << Add(1, 2) << endl;
	cout << Add(1, 2.2) << endl;
}

int main()
{
	Test();
	return 0;
}

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  • 模板函数不允许自动类型转换，但普通函数可以进行自动类型转换

类模板

类模板的定义

template<class T1, class T2, ..., class Tn> 
class 类模板名
{
 // 类内成员定义
}; 

#include<iostream>
using namespace std;

// 类模版
template<typename T>
class Stack
{
public:
	Stack(size_t capacity = 4)
	{
		_array = new T[capacity];
		_capacity = capacity;
		_size = 0;
	}
	void Push(const T& data);
private:
	T* _array;
	size_t _capacity;
	size_t _size;
};

// 模版不建议声明和定义分离到两个文件.h 和.cpp会出现链接错误
template<class T>
void Stack<T>::Push(const T& data)
{
	// 扩容
	_array[_size] = data;
	++_size;
}

int main()
{
	Stack<int> st1;    // int
	Stack<double> st2; // double
	return 0;
}

类模板的实例化

类模板实例化与函数模板实例化不同，类模板实例化需要在类模板名字后跟<>，然后将实例化的类型放在<>中即可，类模板名字不是真正的类，而实例化的结果才是真正的类。

// Stack是类名，Stack<int>才是类型
Stack<int> st1;    // int
Stack<double> st2; // double

STL简介

什么是STL

STL(standard template libaray-标准模板库)：是C++标准库的重要组成部分，不仅是一个可复用的组件库，而且是一个包罗数据结构与算法的软件框架。

STL的版本

  • 原始版本

Alexander Stepanov、Meng Lee 在惠普实验室完成的原始版本，本着开源精神，他们声明允许任何人任意运用、拷贝、修改、传播、商业使用这些代码，无需付费。唯一的条件就是也需要向原始版本一样做开源使用。 HP 版本–所有STL实现版本的始祖。

  • P. J. 版本

由P. J. Plauger开发，继承自HP版本，被Windows Visual C++采用，不能公开或修改，缺陷：可读性比较低，符号命名比较怪异。

  • RW版本

由Rouge Wage公司开发，继承自HP版本，被C+ + Builder 采用，不能公开或修改，可读性一般。

  • SGI版本

由Silicon Graphics Computer Systems，Inc公司开发，继承自HP版本。被GCC (Linux) 采用，可移植性好，可公开、修改甚至贩卖，从命名风格和编程风格上看，阅读性非常高。

STL的六大组件

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标签：初阶,函数,STL,int,right,内存,new,模板,left
From： https://blog.csdn.net/2302_79180171/article/details/141854503

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