C++ 核心知识点

C++ 是音视频、底层框架开发的基础语言。本章汇总数据类型、指针引用、面向对象、类型转换、智能指针等核心知识点。

一、头文件与数据类型

头文件能包含什么

.h 文件可以包含： 类成员数据的声明（不能赋值）、类静态数据成员的定义、成员函数的声明、非类成员函数的声明、常数定义（如 const int a = 5;）、静态函数的定义、类的内联函数定义。

.h 文件不能包含： 所有非静态变量（非类数据成员）的声明；不要将默认命名空间声明（using namespace std;）放在头文件，应放在 .cpp 中。

基本数据类型

类型	占用空间
char	1 字节
short int	2 字节
int	4 字节
long int	8 字节
float	4 字节
double	8 字节
long double	16 字节
wchar_t	2 或 4 字节

typedef 与常量

typedef type newname;   // 为已有类型取新名字

#define LENGTH 10        // 预处理宏
const int WIDTH = 5;     // const 关键字

类型限定符

限定符	含义
const	对象在程序执行期间不能被修改
volatile	告诉编译器不要优化该变量，程序直接从内存读取（变量可能被外部改变）
restrict	由 restrict 修饰的指针是唯一访问它所指向对象的方式（C99 新增）

存储类

存储类	含义
auto	根据初始化表达式自动推断变量类型
register	定义存储在寄存器中的局部变量，不能对其应用一元 & 运算符
static	类数据成员：所有对象共享一个副本；全局变量：作用域限制在声明它的文件内
extern	全局变量的引用，对所有程序文件可见
thread_local	仅可在创建它的线程上访问，每个线程有自己的副本

二、引用与指针

对比项	引用	指针
空值	不存在空引用，必须连接到合法内存	可以为空（nullptr）
重定向	初始化后不能再指向其他对象	可随时指向其他对象
初始化	必须在创建时初始化	可以在任何时间初始化
本质	对象的别名	存储对象地址的变量

三、面向对象

struct vs class

唯一定义区别是默认访问权限：struct 默认 public，class 默认 private。

成员函数与析构函数

double Box::getVolume(void) {      // 外部使用 :: 定义成员函数
    return length * breadth * height;
}

class Line {
public:
    ~Line();   // 析构函数声明
private:
    double length;
};

Line::~Line(void) {                // 删除对象时执行
    cout << "Object is being deleted" << endl;
}

拷贝构造函数

使用同一类中之前创建的对象初始化新对象：

class Line {
public:
    Line(int len);              // 简单构造函数
    Line(const Line &obj);      // 拷贝构造函数
private:
    int *ptr;
};

Line::Line(const Line &obj) {
    cout << "调用拷贝构造函数并为指针 ptr 分配内存" << endl;
    ptr = new int;
    *ptr = *obj.ptr;  // 拷贝值（深拷贝）
}

友元函数

友元函数定义在类外部，但有权访问类的所有 private 和 protected 成员：

class Box {
private:
    double width;
public:
    friend void printWidth(Box box);   // 声明友元
};

// printWidth() 不是任何类的成员函数
void printWidth(Box box) {
    cout << "Width of box : " << box.width << endl;  // 可直接访问私有成员
}

inline 内联函数

编译时编译器会把函数代码副本放置在每个调用该函数的地方。对内联函数做任何修改，都需要重新编译所有客户端。

继承类型

class Rectangle : public Shape { ... };

继承类型	说明
public	基类公有成员仍是派生类公有成员，保护成员仍是保护成员，私有成员不能被派生类直接访问
protected	基类的公有和保护成员成为派生类的保护成员
private	基类的公有和保护成员成为派生类的私有成员

运算符重载

Box operator+(const Box& b) {
    Box box;
    box.length = this->length + b.length;
    box.breadth = this->breadth + b.breadth;
    return box;
}

四、动态内存、命名空间、预处理器

动态内存

double* pvalue = new double;   // new 在堆上分配
delete pvalue;                  // delete 释放

命名空间

namespace namespace_name { /* 代码声明 */ }
name::code;                    // 调用时加命名空间前缀
using namespace std;           // 之后可省略前缀

预处理器

• #include： 预编译时把所写文件内容一字不改地包含到当前文件。系统头文件用尖括号（在系统目录查找），用户自定义文件用双引号（先用户目录后系统目录）。
• #define： 创建符号常量（宏）：#define PI 3.14159。
• 条件编译： #ifdef DEBUG ... #endif。

五、强制类型转换

转换	用途	特点
const_cast	去除对象的 const 或 volatile 属性	仅去除属性，不做类型安全保证
static_cast	基本类型转换、类层次中上下行转换	只在编译时检查，无运行时检查；下行转换不安全
dynamic_cast	基类指针/引用安全转换为派生类	运行时检查；要求类型含虚函数；失败时指针返回 0，引用抛 bad_cast 异常
reinterpret_cast	无关类型的底层位模式重新解释	最危险，转换后应回到原始类型才安全

六、智能指针

智能指针	特点	性能
unique_ptr	独占所有权，不支持复制和赋值，用 std::move 转移所有权	与裸指针大小一样，无额外消耗，性能最优
shared_ptr	共享所有权，内部引用计数；复制 +1，离开作用域 -1，为 0 时 delete	内存占用是裸指针的两倍（裸指针 + 引用计数）
weak_ptr	共享但不拥有对象，最后一个拥有者失去所有权时自动成空	用于解决 shared_ptr 循环引用

auto w = std::make_unique<Widget>();
auto w2 = std::move(w);   // w2 获得所有权，w 变为 nullptr

auto s = std::make_shared<Widget>();  // 引用计数管理

七、内存空间

区域	说明
堆	操作系统维护的动态分配内存，malloc 分配，free 释放
栈	编译器自动分配释放，存放函数参数值、局部变量
自由存储区	C++ 中通过 new 与 delete 动态分配和释放对象的抽象概念
全局区（静态区）	全局变量和静态变量分配在此
常量存储区	存储常量字符串，程序结束后由系统释放