ChernoCPP 2
视频链接:【62】【Cherno C++】【中字】C++的线程_哔哩哔哩_bilibili
参考文章:TheChernoCppTutorial_the cherno-CSDN博客
Cherno的C++教学视频笔记(已完结) - 知乎 (zhihu.com)
C++ 的线程
#include<iostream>
#include<thread>
static bool is_Finished = false;
void DoWork()
{using namespace std::literals::chrono_literals; // 为 1s 提供作用域std::cout << "Started thread ID: "<<std::this_thread::get_id()<<std::endl;while (!is_Finished){std::cout<<"Working..."<<std::endl;std::this_thread::sleep_for(1s);//等待1s}
}
int main()
{std::thread worker(DoWork);std::cin.get(); // 其作用是阻塞主线程is_Finished = true;// 让worker线程终止的条件worker.join();// 让主线程等待worker线程std::cout << "Finished thread ID: " << std::this_thread::get_id() << std::endl;std::cin.get();
}
C++ 计时器
1、有两种选择,一种是用平台特定的API,另一种是用std::chrono,此处推荐后者
2、一个比较好的方法是建立一个Timer类,在其构造函数里面记下开始时刻,在其析构函数里面记下结束时刻,并打印从构造到析构所用的时间。如此就可以用这样一个类来对一个作用域进行计时:
#include<iostream>
#include<chrono>
struct Timer
{std::chrono::time_point<std::chrono::steady_clock> start,end;std::chrono::duration<float> duration;Timer(){start = std::chrono::high_resolution_clock::now();}~Timer(){end = std::chrono::high_resolution_clock::now();duration = end - start;float ms = duration.count() * 1000.0f;std::cout << "Timer took "<< ms << "ms" <<std::endl;}
};
void Function()
{Timer timer;for (int i = 0;i<100;i++)std::cout<<"Hello"<<std::endl;
}
int main()
{Function();std::cin.get();
}
多维数组
int** a2d = new int* [50];
for (int i = 0; i < 50; i++)
{a2d[i] = new int[50];
}for (int i = 0; i < 50; i++)
{delete[] a2d[i];
}
delete[] a2d;
存储二维数组一个很好的优化方法就是:存储在一维数组里面:
int** a2d = new int* [5];
for (int i = 0; i < 5; i++)
{a2d[i] = new int[5];for (int j = 0; j < 5; j++){a2d[i][j] = 2;}
}
int* a1d = new int[5 * 5];for (int i = 0; i < 5; i++)
{for (int j = 0; j < 5; j++){a1d[i + j * 5] = 2;}
}
Sorting
此处主要介绍std::sort,并结合lambda表达式可进行很灵活的排序:
#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
int main()
{std::vector<int> values = {2,3,4,1,5};std::sort(values.begin(), values.end(), [](int a, int b){// 此处两个判断可以将等于2的值放到末尾if(a == 2)return false;if(b == 2)return true;return a < b;});// 此处输出为 1,3,4,5,2for(const int &v:values)std::cout<<v<<std::endl;std::cin.get();
}
类型双关 type punning
(取地址,换成对应类型的指针,再解引用)
#include <iostream>int main()
{int a = 50;double value = *(double*)&a;std::cout << value << std::endl;std::cin.get();
}
1、可以将同一块内存的东西通过不同type的指针给取出来
2、指针的类型只是决定了其+1或者-1时地址的偏移量
3、以下这个示例说明了:弄清楚内存分布的重要性
struct Entity
{int x,y;
};
int main()
{Entity e = {2,3};int* pos = (int*)&e;std::cout<<pos[0]<<","<<pos[1]<<std::endl;int y = *(int*)((char*)&e+4);std::cout << y << std::endl;std::cin.get();
}
C++ Union
如果想要以不同形式去取出同一块内存的东西,可以用type punning,也可以使用union
共用内存。你可以像使用结构体或者类一样使用它们,你也可以给它添加静态函数或者普通函数、方法等待。然而你不能使用虚方法,还有其他一些限制。但通常人们用联合体来做的事情,是和类型双关紧密相关的。
通常union是匿名使用的,但是匿名union不能含有成员函数。
#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
struct vec2
{float x,y;
};
struct vec4
{union{struct{float x,y,z,w;};struct{vec2 a,b;};};
};
void PrintVec2(const vec2& vec)
{std::cout<<vec.x<<","<<vec.y<<std::endl;
}
int main()
{vec4 vector = {1.0f,2.0f,3.0f,4.0f};PrintVec2(vector.a); // 输出 1,2PrintVec2(vector.b); // 输出 3,4vector.z = 10.0f;PrintVec2(vector.a); // 输出 1,2PrintVec2(vector.b); // 输出 10,4std::cin.get();
}
虚析构函数
只要你允许一个类拥有子类,就一定要把析构函数写成虚函数,否则没人能安全地扩展这个类。
C++ 类型转换
类型转换 casting, type casting
C++是强类型语言,意味着存在一个类型系统并且类型是强制的。
示例:
double value = 5.25;// C风格的转换
double a = (int)value + 5.3;// C++风格的转换
double s = static_cast<int>(value) + 5.3;
2、C++的cast:
static_cast:基础的类型转换,结合隐式转换和用户自定义的转换来进行类型转换
dynamic_cast:安全地在继承体系里面向上、向下或横向转换指针和引用的类型,多态转换
reinterpret_cast:通过解释底层位模式来进行类型转换
const_cast:添加或者移除const性质
条件断点和断点操作
1、条件断点,当达到什么条件触发断点;断点操作:当触发断点后执行什么操作(在窗口输出什么)
2、一个示例,在一个死循环里面,x每次加一,当x被5整除时触发断点,触发断点后打出x的值,并且可以在调试过程中,随时更改断点的条件和动作,并且可以设置是否让程序继续运行
现代C++中的安全以及如何教授
C++里说的安全是什么意思?
安全编程,或者说是在编程中,我们希望降低崩溃、内存泄漏、非法访问等问题。
这一节重点讲讲指针和内存。
用于生产环境使用智能指针,用于学习和了解工作积累,使用原始指针,当然,如果你需要定制的话,也可以使用自己写的智能指针
Precompiled Headers (预编译头文件)
1、由于每次编译时,都需要对头文件以及头文件里面包含的头文件进行编译,所以编译时间会很长。而预编译头文件则是将头文件预先编译为二进制文件,如果此后不修改的话,在编译工程的时候就直接用编译好的二进制文件,会大大缩短编译时间。
2、只把那些不太(经常)会被修改的头文件进行预编译,如std,如windows API或者一些其他的库,如GLFW。
3、如果进行预编译头文件,一个例子:
新建一个工程和解决方案,添加Main.cpp,pch.cpp,pch.h三个文件,内容分别如下:
// Main.cpp
#include"pch.h"int main()
{std::cout<<"Hello!"<<std::endl;std::cin.get();
}
// pch.cpp
#include"pch.h"
// pch.h
#pragma once
#include<iostream>
#include<vector>
#include<memory>
#include<string>
#include<thread>
#include<chrono>
#include<unordered_map>
#include<Windows.h>
在pch.cpp右键,属性-配置属性-C/C++-预编译头-预编译头,里面选择创建, 并在下一行预编译头文件里面添加 pch.h
在项目名称上右键,属性-配置属性-C/C++-预编译头-预编译头,里面选择使用,并在下一行预编译头文件里面添加 pch.h
打开计时工具:工具-选项-项目和解决方案-VC++项目设置-生成计时,就可以看到每次编译的时间
进行对比:
进行预编译头文件前后的首次编译耗时分别为:2634ms和1745ms
进行预编译头文件前后的二次编译(即修改Main.cpp内容后)的耗时分别为:1235ms和312ms
可以看到进行预编译头文件后,时间大大降低
Dynamic Casting
dynamic_cast可以在继承体系里面向上、向下或者平级进行类型转换,自动判断类型,如果转换失败会返回NULL,使用时需要保证是多态,即基类里面含有虚函数。由于dynamic_cast使用了RTTI(运行时类型识别),所以会对性能增加负担
#include<iostream>
class Base
{
public:virtual void print(){}
};
class Player : public Base
{
};
class Enemy : public Base
{
};
int main()
{Player* player = new Player();Base* base = new Base();Base* actualEnemy = new Enemy();Base* actualPlayer = new Player();// 旧式转换Base* pb1 = player; // 从下往上,是隐式转换,安全Player* bp1 = (Player*)base; // 从上往下,可以用显式转换,危险Enemy* pe1 = (Enemy*)player; // 平级转换,可以用显式转换,危险// dynamic_castBase* pb2 = dynamic_cast<Base*>(player); // 从下往上,成功转换Player* bp2 = dynamic_cast<Player*>(base); // 从上往下,返回NULLif(bp2) { } // 可以判断是否转换成功Enemy* pe2 = dynamic_cast<Enemy*>(player); // 平级转换,返回NULLPlayer* aep = dynamic_cast<Player*>(actualEnemy); // 平级转换,返回NULLPlayer* app = dynamic_cast<Player*>(actualPlayer); // 虽然是从上往下,
//但是实际对象是player,所以成功转换
}
C++中的Structured Binding
C++17引入的新特性,可以在将函数返回为tuple、pair、struct等结构时且赋值给另外变量的时候,直接得到成员,而不是结构。(确保在项目属性-C/C++-语言-C++语言标准,里面打开C++17)
#include<iostream>
#include<tuple>
#include<string>
// 此处tuple换成pair或者struct结构也是一样的
std::tuple<std::string, int> CreatePerson()
{return {"ydc",24};
}
int main()
{auto[name,age] = CreatePerson();std::cout<<name<<","<<age<<std::endl;std::cin.get();
}
std::optional
比如在读取文件内容的时候,往往需要判断读取是否成功,常用的方法是传入一个引用变量或者判断返回的std::string是否为空,例如:
C++17引入了一个更好的方法,std::optional,就如名字一样,是检测变量是否是present的:
#include<iostream>
#include<fstream>
#include<optional>
std::optional<std::string> ReadFileAsString(const std::string& filepath)
{std::ifstream stream(filepath);if (stream){std::string result;//read filestream.close();return result;}return {};
}
int main()
{std::optional<std::string> data = ReadFileAsString("data.txt");// 可以用has_value()来判断是否读取成功if (data.has_value()){std::cout<<"File read successfully!\n";}else{std::cout<<"File not found!\n";}// 也可以用value_or()来判断是否读取成功std::string result = data.value_or("Not resprent");//如果数据不存在,就会返回我们传入的值 Not resprentstd::cout<<result<<std::endl;std::cin.get();
}
C++ 一个变量多种类型 std::variant
C++17引入一种可以容纳多种类型变量的结构,std::variant
#include<iostream>
#include<variant>
int main()
{std::variant<std::string,int> data; // <>里面的类型不能重复data = "ydc";// 索引的第一种方式:std::get,但是要与上一次赋值类型相同,不然会报错std::cout<<std::get<std::string>(data)<<std::endl;// 索引的第二种方式,std::get_if,传入地址,返回为指针if (auto value = std::get_if<std::string>(&data)){std::string& v = *value;}data = 2;std::cout<<std::get<int>(data)<<std::endl;std::cin.get();
}
std::variant的大小是<>里面的大小之和,与union不一样,union的大小是类型的大小最大值
std::any
也是C++17引入的可以存储多种类型变量的结构,其本质是一个union,但是不像std::variant那样需要列出类型
#include<iostream>
#include<any>
// 此处写一个new的函数,是为了断点,看主函数里面哪里调用了new,来看其堆栈
void* operator new(size_t size)
{return malloc(size);
}
int main()
{std::any data;data = 2;data = std::string("ydc");std::string& s = std::any_cast<std::string&>(data);std::cout<<s<<std::endl;std::cin.get();
}
如何让 string 运行更快
一种调试在heap上分配内存的方法,自己写一个new的方法,然后设置断点或者打出log,就可以知道每次分配了多少内存,以及分配了几次:
#include<iostream>
#include<string>
static uint32_t s_AllocCount = 0;
void* operator new(size_t size)
{s_AllocCount++;std::cout<<"Allocing: "<<size<<" bytes\n";return malloc(size);
}
void PrintName(const std::string& name)
{std::cout<<name<<std::endl;
}
int main()
{std::string fullName = "yang dingchao";std::string firstName = fullName.substr(0,4);std::string lastName = fullName.substr(5,8);PrintName(firstName);PrintName(lastName);std::cout<<s_AllocCount<<" allocations\n";std::cin.get();
}
以下为运行结果:
Allocing: 8 bytes
Allocing: 8 bytes
Allocing: 8 bytes
yang
dingchao
3 allocations
这个程序仅仅是从一个string取子字符串,就多分配了两次内存,下面来改进它
2、用C++17引入的std::string_view来对同一块内存的string进行截取
#include<iostream>
#include<string>
static uint32_t s_AllocCount = 0;
void* operator new(size_t size)
{s_AllocCount++;std::cout<<"Allocing: "<<size<<" bytes\n";return malloc(size);
}
void PrintName(std::string_view name)
{std::cout<<name<<std::endl;
}
int main()
{std::string fullName = "yang dingchao";std::string_view firstName(fullName.c_str(),4);std::string_view lastName(fullName.c_str()+5,8);PrintName(firstName);PrintName(lastName);std::cout<<s_AllocCount<<" allocations\n";std::cin.get();
}
输出如下:
Allocing: 8 bytes
yang
dingchao
1 allocations
3、上面的程序还是有一次分配,如果把std::string改成const char*,就变成了0次分配:
#include<iostream>
#include<string>
static uint32_t s_AllocCount = 0;
void* operator new(size_t size)
{s_AllocCount++;std::cout<<"Allocing: "<<size<<" bytes\n";return malloc(size);
}
void PrintName(std::string_view name)
{std::cout<<name<<std::endl;
}
int main()
{const char* fullName = "yang dingchao";std::string_view firstName(fullName,4);std::string_view lastName(fullName+5,8);PrintName(firstName);PrintName(lastName);std::cout<<s_AllocCount<<" allocations\n";std::cin.get();
}
输出如下:
yang
dingchao
0 allocations
Singleton单例
Singleton只允许被实例化一次,用于组织一系列全局的函数或者变量,与namespace很像。例子:随机数产生的类、渲染器类。
#include<iostream>
class Singleton
{
public:Singleton(const Singleton&) = delete; // 删除拷贝复制函数static Singleton& Get() // 通过Get函数来获取唯一的一个实例,//其定义为static也是为了能直接用类名调用{return s_Instance;}void Function(){} // 执行功能的函数
private:Singleton(){} // 不能让别人实例化,所以要把构造函数放进privatestatic Singleton s_Instance; // 定义为static,让其唯一
};
Singleton Singleton::s_Instance; // 唯一的实例化的地方
int main()
{Singleton::Get().Function();
}
具体的一个简单的随机数类的例子:
#include<iostream>
class Random
{
public:Random(const Random&) = delete; // 删除拷贝复制函数static Random& Get() // 通过Get函数来获取唯一的一个实例{static Random instance; // 在此处实例化一次return instance;}static float Float(){ return Get().IFloat();} // 调用内部函数,可用类名调用
private:float IFloat() { return m_RandomGenerator; } // 将函数的实现放进privateRandom(){} // 不能让别人实例化,所以要把构造函数放进privatefloat m_RandomGenerator = 0.5f;
};
// 与namespace很像
namespace RandomClass {static float s_RandomGenerator = 0.5f;static float Float(){return s_RandomGenerator;}
}
int main()
{float randomNum = Random::Float();std::cout<<randomNum<<std::endl;std::cin.get();
}
使用小的string
在release模式下面,使用size小于16的string,不会分配内存,而大于等于16的string,则会分配32bytes内存以及更多,所以16个字符是一个分界线
#include<iostream>
void* operator new(size_t size)
{std::cout<<"Allocated: "<<size<<" bytes\n";return malloc(size);
}
int main()
{std::string longName = "ydc ydc ydc ydc ydc";std::string shortName = "ydc";std::cin.get();
}
Release模式,只有longName在heap上面分配内存了,输出如下:
Allocated: 32 bytes
跟踪内存分配的简易办法
重写new和delete操作符函数,并在里面打印分配和释放了多少内存,也可在重载的这两个函数里面设置断点,通过查看调用栈即可知道什么地方分配或者释放了内存
#include<iostream>
void* operator new(size_t size)
{std::cout<<"Allocing "<<size<<" bytes\n";return malloc(size);
}
void operator delete(void* memory, size_t size)
{std::cout<<"Free "<<size<<" bytes\n";free(memory);
}
struct Entity
{int x,y,z;
};
int main()
{{std::string name = "ydc";}Entity* e = new Entity();delete e;std::cin.get();
}
还可以写一个简单统计内存分配的类,在每次new的时候统计分配内存,在每次delete时统计释放内存,可计算出已经分配的总内存:
#include<iostream>
struct AllocationMertics
{uint32_t TotalAllocated = 0;uint32_t TotalFreed = 0;uint32_t CurrentUsage() {return TotalAllocated - TotalFreed;}
};
static AllocationMertics s_AllocationMetrics;
void* operator new(size_t size)
{s_AllocationMetrics.TotalAllocated+=size;return malloc(size);
}
void operator delete(void* memory, size_t size)
{s_AllocationMetrics.TotalFreed += size;free(memory);
}
static void PrintMemoryUsage()
{std::cout<<"Memory usage: "<<s_AllocationMetrics.CurrentUsage()<<" bytes\n";
}
int main()
{PrintMemoryUsage();{std::string name = "ydc";PrintMemoryUsage();}PrintMemoryUsage();std::cin.get();
}
lvalue and rvalue(左值和右值)
1、 左值:有存储空间的值,往往长期存在;右值:没有存储空间的短暂存在的值
2、 一般而言,赋值符号=左边的是左值,右边的是右值
3、在给函数形参列表传参时,有四种情况:
#include<iostream>
void PrintName(std::string name) // 可接受左值和右值
{std::cout<<name<<std::endl;
}
void PrintName(std::string& name) // 只接受左值引用,不接受右值
{std::cout << name << std::endl;
}
void PrintName(const std::string& name) // 接受左值和右值,把右值当作const lvalue&
{std::cout << name << std::endl;
}
void PrintName(std::string&& name) // 接受右值引用
{std::cout << name << std::endl;
}
int main()
{std::string firstName = "yang";std::string lastName = "dingchao";std::string fullName = firstName + lastName;PrintName(fullName);PrintName(firstName+lastName);std::cin.get();
}
int& a = 10; 报错
const int& a = 10; 可通过 编译器可能会用你的存储创建一个临时变量,然后把它赋值给那 个引用
move semantics
比如一个类Entity含有一个成员Name为String类型,如果要用常量字符串来初始化这个类,就会先调用String的构造函数,再调用String的拷贝构造函数(经Entity构造函数里面调用),然后再调用String的析构函数,但是使用move操作就可以让中间的一次拷贝变成move,就可以少一次new,我理解为浅拷贝的意思:
#include<iostream>
class String
{
public:String() = default;String(const char* string) //构造函数{printf("Created\n");m_Size = strlen(string);m_Data = new char[m_Size];memcpy(m_Data,string,m_Size);}String(const String& other) // 拷贝构造函数{printf("Copied\n");m_Size = other.m_Size;m_Data = new char[m_Size];memcpy(m_Data,other.m_Data,m_Size);}String(String&& other) noexcept // 右值引用拷贝,相当于移动,就是把复制一次指针,原来的指针给nullptr{printf("Moved\n");m_Size = other.m_Size;m_Data = other.m_Data;other.m_Size = 0;other.m_Data = nullptr;}~String(){printf("Destroyed\n");delete m_Data;}
private:uint32_t m_Size;char* m_Data;
};
class Entity
{
public:Entity(const String& name) : m_Name(name){}Entity(String&& name) : m_Name(std::move(name)) // std::move(name)也可以换成(String&&)name{}
private:String m_Name;
};
int main()
{ Entity entity("ydc");std::cin.get();
}
如此的代码,在实例化entity的时候,如果传入的是字符串常量(右值),则会调用拷贝的右值版本,避免了一次new,如果传入的是String(左值),则仍然会进行一次左值拷贝
std::move
1、使用std::move,返回一个右值引用,可以将本来的copy操作变为move操作:
#include<iostream>class String
{
public:String() = default;String(const char* string){printf("Created\n");m_Size = strlen(string);m_Data = new char[m_Size];memcpy(m_Data,string,m_Size);}String(const String& other){printf("Copied\n");m_Size = other.m_Size;m_Data = new char[m_Size];memcpy(m_Data,other.m_Data,m_Size);}String& operator=(const String& other){printf("Cpoy Assigned\n");delete [] m_Data;m_Size = other.m_Size;m_Data = new char[m_Size];memcpy(m_Data, other.m_Data, m_Size);return *this;}String(String&& other) noexcept{printf("Moved\n");m_Size = other.m_Size;m_Data = other.m_Data;other.m_Size = 0;other.m_Data = nullptr;}String& operator=(String&& other) noexcept{printf("Move Assigned\n");if(this != &other){ delete [] m_Data;m_Size = other.m_Size;m_Data = other.m_Data;other.m_Size = 0;other.m_Data = nullptr;}return *this;}~String(){printf("Destroyed\n");delete m_Data;}
private:uint32_t m_Size;char* m_Data;
};
int main()
{ String name = "ydc"; // String name("ydc");调用构造函数String nameCopy = name; // String nameCopy(name);调用拷贝构造函数String nameAssign;nameAssign = name; // 调用拷贝赋值函数String nameMove = std::move(name);
// String nameMove(std::move(name));调用右值引用构造函数
//用 std::move(name) 将name转换成临时变量String nameMoveAssign;nameMoveAssign = std::move(name); // 调用右值引用赋值函数std::cin.get();
}
输出:
Created
Copied
Cpoy Assigned
Moved
Move Assigned
自己实现一个 Array 类
#include<iostream>
template<typename T,size_t S>
class Array
{
public:constexpr int Size() const {return S;}
// const放在成员函数后面,表示函数不能修改值;用constexpr来修饰表示返回值是常量字面值,
//可以被编译器优化T& operator[](size_t index) {return m_Data[index]; } // 返回引用以对原数据进行修改const T& operator[](size_t index) const {return m_Data[index]; }T* Data(){return m_Data;} // 返回数组本身,实际上是个指针,其地址等价于&m_Data[0]const T* Data() const {return m_Data;}
private:T m_Data[S];
};
int main()
{ Array<int,5> data;memset(&data[0],0,data.Size()*sizeof(int));data[2] = 2;for(size_t i = 0;i<data.Size();i++)std::cout<<data[i]<<std::endl;std::cin.get();
}
constexpr 变量和 constexpr 函数
参考链接:C++11新特性:constexpr变量和constexpr函数 - Rser_ljw - 博客园 (cnblogs.com)
常量表达式指不会改变并且在编译过程中就能得到计算结果的值
const int max_files = 20; //是常量表达式
const int sz = get_size(); //不是常量表达式,运行时才能直到结果
允许将变量声明为 constexpr 类型以便由编译器验证变量的值是否是一个常量表达式。如果不是,编译器报错。同时,声明为 constexpr 的变量一定是长岭,而且必须用常量表达式初始化
constexpr int mf =20; //正确
constexpr int limit = size(); //未知,若 size() 函数是一个 constexpr 函数就正确,反之错误
int i = 10;
constexpr int t = i; // 错误,i 不是常量
字面值类型
声明 constexpr 变量时用到的类型被称为字面值类型。算术类型,引用,指针,枚举和一些特输的类都属于字面值类型,而IO库,string类型则不属于字面值类型,也就不能被定义为 constexpr
字面值常量
常量是指 const 声明或定义一个变量,使之成为常量。如 const int buffSize = 10; buffSize 在程序中不允许被修改,是常量。而字面值常量是指只能用它的值来称呼,不能被修改的值,如 4.234,0x23,“sdjskd”
指针 与 constexpr
对于指针而言,constexpr仅对指针本身有效,与指针所指对象无关。
const int *p = nullptr; //正确,p是一个指向整型常量的指针
constexpr int *q = nullptr; //正确,但q是一个指向 整数 的 常量指针
constexpr指针既可以指向常量也可以指向一个非常量。
constexpr 函数
指能用于常量表达式的函数,该函数要遵循规定:函数的返回类型以及所有形参的类型都得是字面值类型(声明 constexpr 变量时用到的类型),并且函数体中必须只有一条 return 语句
constexpr int new_sz() { return 42; }//constexpr函数
constexpr int foo = new_sz();
//在对变量foo初始化时,编译器把对constexpr函数的调用替换成其结果值。
//为了能在编译过程中随时展开,constexpr函数被隐式地指定为内联函数。
每当需要 const 整数时(如在模板自变量和数组声明中),都可以使用 constexpr
整数值。 如果在编译时(而非运行时)计算某个值,它可以使程序运行速度更快、占用内存更少
C++11系列-常量表达式 - 书写|记下人生痕迹 (towriting.com)
常量表达式主要是允许一些计算发生在编译时,即发生在代码编译而不是运行的时候。这是很大的优化:假如有些事情可以在编译时做,它将只做一次,而不是每次程序运行时。需要计算一个编译时已知的常量,比如特定值的sine或cosin?确实你亦可以使用库函数sin或cos,但那样你必须花费运行时的开销。使用constexpr,你可以创建一个编译时的函数,它将为你计算出你需要的数值。用户的电脑将不需要做这些工作。
为了使函数获取编译时计算的能力,你必须指定constexpr关键字到这个函数。
constexpr int multiply (int x, int y)
{return x * y;
}// 将在编译时计算
const int val = multiply( 10, 10 );
除了编译时计算的性能优化,constexpr的另外一个优势是,它允许函数被应用在以前调用宏的所有场合。例如,你想要一个计算数组size的函数,size是10的倍数。如果不用constexpr,你需要创建一个宏或者使用模板,因为你不能用函数的返回值去声明数组的大小。但是用constexpr,你就可以调用一个constexpr函数去声明一个数组。
constexpr int getDefaultArraySize (int multiplier)
{return 10 * multiplier;
}int my_array[ getDefaultArraySize( 3 ) ];
注意递归并不受限制。但只允许一个返回语句,那如何实现递归呢?可以使用三元运算符(?:)。例如,计算n的阶乘:
constexpr int factorial (int n)
{return n > 0 ? n * factorial( n - 1 ) : 1;
}
constexpr函数还有那些特点?
一个constexpr函数,只允许包含一行可执行代码。但允许包含typedefs、 using declaration && directives、静态断言等。
一个声明为constexpr的函数同样可以在运行时被调用,当这个函数的参数是非常量的,这意味着你不需要分别写运行时和编译时的函数。
编译时使用对象
假如你有一个Circle类:
class Circle
{public:Circle (int x, int y, int radius) : _x( x ), _y( y ), _radius( radius ) {}double getArea () const{return _radius * _radius * 3.1415926;}private:int _x;int _y;int _radius;
};
你希望在编译期构造一个Circle接着算出他的面积。
constexpr Circle c( 0, 0, 10 );
constexpr double area = c.getArea();
事实证明你可以给Circle类做一些小的修改以完成这件事。首先,我们需要将构造函数声明为constexpr,接着我们需要将getarea函数声明为constexpr。将构造函数声明为constexpr则运行构造函数在编译期运行,只要这个构造函数的参数为常量,且构造函数仅仅包含成员变量的constexpr构造(所以默认构造可以看成constexpr,只要成员变量都有constexpr构造)。
class Circle
{public:constexpr Circle (int x, int y, int radius) : _x( x ), _y( y ), _radius( radius ) {}constexpr double getArea () {return _radius * _radius * 3.1415926;}private:int _x;int _y;int _radius;
};
constexpr vs const
假如你将一个成员函数标记为constexpr,则顺带也将它标记为了const。如果你将一个变量标记为constexpr,则同样它是const的。但相反并不成立,一个const的变量或函数,并不是constexpr的。
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