编程语言-Cpp

发表于 更新于 分类于 ， 本文字数： 1.7k 阅读时长 ≈ 6 分钟

基础知识

关键字

static

const

extern

volatile

register

auto

virtual

delete

default

override

final

explict

friend

内存分布

代码区(Text)

编译器编译源码后集中存放机器指令的区域，需要系统加载到指定内存地址（虚拟地址）才能够正常运行。

  • 存储内容：CPU 执行的机器指令。

  • 特点：只读且共享（如果有多个进程运行同一个程序，它们可以共享内存中的指令段）。

栈区(Stack)

栈由编译器自动分配和释放。它遵循“后进先出”（LIFO）的原则。x86一般向低地址增长。

  • 存储内容：局部变量、函数参数、返回地址。

  • 特点：速度极快，空间有限（通常只有几 MB）。

  • 生存期：随着函数调用的结束，栈帧会被弹出，内存自动回收。

堆区(Heap)

堆是由程序员手动控制的区域。在 C++ 中，我们通过 new 或 malloc 申请，通过 delete 或 free 释放。x86一般向高地址增长。

  • 存储内容：动态分配的对象或数组。
  • 特点：空间大（受限于虚拟内存），速度比栈慢，容易产生内存碎片。
  • 生存期：由程序员控制。如果你忘记释放，就会导致内存泄漏。

常量区(Constant)

  • 存储内容：常量字符串（如 "Hello World"）以及被 const 修饰的全局变量。

  • 特点：只读。尝试修改这部分内存会导致运行时的访问冲突。

全局/静态存储区(Global)

这一块区域在程序启动时分配，程序结束时释放。

  • .data 段：存储已初始化的全局变量和静态变量。

  • .bss 段：存储未初始化（或初始化为 0）的全局变量和静态变量。

    小知识：BSS 段不占用可执行文件实际的大小，只记录所需的空间，在加载时由 OS 清零。

示例代码

Makefile

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TARGET ?= main
RUN_ARGS ?= 

all: $(TARGET)

$(TARGET): main.cpp
	@g++ -g -O0 -o $@ $<
run: all
	@./$(TARGET) $(RUN_ARGS)
clean:
	@rm -f $(TARGET)

.PHONY: all

main.cpp

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#include <iostream>

using namespace std;

const char *str1 = "Hello world1";
const char *str2 = "Hello world2";

int main(int argc, const char *argv[]) {
  cout << "str1 " << &str1 << " " << str1 << endl;
  cout << "str2 " << &str2 << " " << str2 << endl;
  int v1;
  cout << "v1 " << &v1 << endl;
  int v2;
  cout << "v2 " << &v2 << endl;
  auto p1 = new int();
  cout << "p1 " << p1 << endl;
  auto p2 = new int();
  cout << "p2 " << p2 << endl;
  return 0;
}

输出信息

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$ make run  
str1 0x563ce0a0d010 Hello world1
str2 0x563ce0a0d018 Hello world2
v1 0x7ffe5fff6530
v2 0x7ffe5fff6534
p1 0x563cfced32c0
p2 0x563cfced32e0

$ readelf -S main  
There are 37 section headers, starting at offset 0x7b20:

Section Headers:
  [Nr] Name              Type             Address           Offset
       Size              EntSize          Flags  Link  Info  Align
  [ 0]                   NULL             0000000000000000  00000000
       0000000000000000  0000000000000000           0     0     0
  [ 1] .interp           PROGBITS         0000000000000318  00000318
       000000000000001c  0000000000000000   A       0     0     1
  [ 2] .note.gnu.pr[...] NOTE             0000000000000338  00000338
       0000000000000030  0000000000000000   A       0     0     8
  [ 3] .note.gnu.bu[...] NOTE             0000000000000368  00000368
       0000000000000024  0000000000000000   A       0     0     4
  [ 4] .note.ABI-tag     NOTE             000000000000038c  0000038c
       0000000000000020  0000000000000000   A       0     0     4
  [ 5] .gnu.hash         GNU_HASH         00000000000003b0  000003b0
       0000000000000028  0000000000000000   A       6     0     8
  [ 6] .dynsym           DYNSYM           00000000000003d8  000003d8
       0000000000000180  0000000000000018   A       7     1     8
  [ 7] .dynstr           STRTAB           0000000000000558  00000558
       000000000000019b  0000000000000000   A       0     0     1
  [ 8] .gnu.version      VERSYM           00000000000006f4  000006f4
       0000000000000020  0000000000000002   A       6     0     2
  [ 9] .gnu.version_r    VERNEED          0000000000000718  00000718
       0000000000000060  0000000000000000   A       7     2     8
  [10] .rela.dyn         RELA             0000000000000778  00000778
       0000000000000150  0000000000000018   A       6     0     8
  [11] .rela.plt         RELA             00000000000008c8  000008c8
       00000000000000a8  0000000000000018  AI       6    24     8
  [12] .init             PROGBITS         0000000000001000  00001000
       000000000000001b  0000000000000000  AX       0     0     4
  [13] .plt              PROGBITS         0000000000001020  00001020
       0000000000000080  0000000000000010  AX       0     0     16
  [14] .plt.got          PROGBITS         00000000000010a0  000010a0
       0000000000000010  0000000000000010  AX       0     0     16
  [15] .plt.sec          PROGBITS         00000000000010b0  000010b0
       0000000000000070  0000000000000010  AX       0     0     16
  [16] .text             PROGBITS         0000000000001120  00001120
       0000000000000385  0000000000000000  AX       0     0     16
  [17] .fini             PROGBITS         00000000000014a8  000014a8
       000000000000000d  0000000000000000  AX       0     0     4
  [18] .rodata           PROGBITS         0000000000002000  00002000
       000000000000003c  0000000000000000   A       0     0     4
  [19] .eh_frame_hdr     PROGBITS         000000000000203c  0000203c
       0000000000000044  0000000000000000   A       0     0     4
  [20] .eh_frame         PROGBITS         0000000000002080  00002080
       00000000000000ec  0000000000000000   A       0     0     8
  [21] .init_array       INIT_ARRAY       0000000000003d60  00002d60
       0000000000000010  0000000000000008  WA       0     0     8
  [22] .fini_array       FINI_ARRAY       0000000000003d70  00002d70
       0000000000000008  0000000000000008  WA       0     0     8
  [23] .dynamic          DYNAMIC          0000000000003d78  00002d78
       0000000000000200  0000000000000010  WA       7     0     8
  [24] .got              PROGBITS         0000000000003f78  00002f78
       0000000000000088  0000000000000008  WA       0     0     8
  [25] .data             PROGBITS         0000000000004000  00003000
       0000000000000020  0000000000000000  WA       0     0     8
  [26] .bss              NOBITS           0000000000004040  00003020
       0000000000000118  0000000000000000  WA       0     0     64
  [27] .comment          PROGBITS         0000000000000000  00003020
       000000000000002d  0000000000000001  MS       0     0     1
  [28] .debug_aranges    PROGBITS         0000000000000000  0000304d
       0000000000000030  0000000000000000           0     0     1
  [29] .debug_info       PROGBITS         0000000000000000  0000307d
       00000000000024b3  0000000000000000           0     0     1
  [30] .debug_abbrev     PROGBITS         0000000000000000  00005530
       00000000000005d0  0000000000000000           0     0     1
  [31] .debug_line       PROGBITS         0000000000000000  00005b00
       00000000000001ab  0000000000000000           0     0     1
  [32] .debug_str        PROGBITS         0000000000000000  00005cab
       0000000000001242  0000000000000001  MS       0     0     1
  [33] .debug_line_str   PROGBITS         0000000000000000  00006eed
       0000000000000289  0000000000000001  MS       0     0     1
  [34] .symtab           SYMTAB           0000000000000000  00007178
       00000000000004b0  0000000000000018          35    21     8
  [35] .strtab           STRTAB           0000000000000000  00007628
       0000000000000387  0000000000000000           0     0     1
  [36] .shstrtab         STRTAB           0000000000000000  000079af
       000000000000016a  0000000000000000           0     0     1
Key to Flags:
  W (write), A (alloc), X (execute), M (merge), S (strings), I (info),
  L (link order), O (extra OS processing required), G (group), T (TLS),
  C (compressed), x (unknown), o (OS specific), E (exclude),
  D (mbind), l (large), p (processor specific)

指针与引用

右值引用

struct与class

struct内存分布

class内存分布

sizeof与strlen

对象的三大特性

封装

继承

多态

虚函数实现动态多态的原理

虚函数与纯虚函数的区别

类的访问权限

private

protected

public

类的成员函数

构造函数

析构函数

赋值函数

拷贝函数

移动构造函数

拷贝构造函数

深拷贝

浅拷贝

类的运算符函数

成员函数

构造函数 析构函数 拷贝构造函数

移动构造函数 移动赋值运算符

运算符（= & + - * / ++ – += -= [] () << >> …）

静态成员函数 static

只读成员函数 const

虚函数 纯虚函数 virtual =0

不可调用函数 =delete

默认类函数 =default

覆写函数 防止覆写函数 override final

单参数构造函数显示转换 explict

友元函数 friend

枚举

类型转换

static_cast

dynamic_cast

const_cast

reinterpret_cast

静态与多态

重写

重载

模板

标准库

std

std::move函数

智能指针

auto_ptr

unique_ptr

shared_ptr

weak_ptr

STL容器

迭代器

迭代器原理

迭代器失效

vector

list

map

set

map与unordered_map

set与unordered_set

vector与list

容器空间配置器

编写技巧

预处理宏自动生成

字符串化

C语言宏定义可以有一些特殊用法：

  • #: 预处理阶段，将宏参数转化为字符串
  • ##: 预处理阶段，将两个标识符拼接成一个标识符

具体步骤：

  1. 将需要的枚举名放到固定的地方统一管理，使用特别的宏函数ENUM_OR_STRING封装，例如枚举文件signal_list.gen
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// signal_list.gen
ENUM_OR_STRING(LED_OPEN),                   \
ENUM_OR_STRING(LED_CLOSE),                  \
ENUM_OR_STRING(MSG_TEST),                   \
ENUM_OR_STRING(MSG_BUTT)                    \
  1. 定义宏函数ENUM_OR_STRING，使用枚举文件声明枚举
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// signal_id.h
/* 消息ID转枚举 */
#ifdef ENUM_OR_STRING
#undef ENUM_OR_STRING
#endif
#define ENUM_OR_STRING(x) x

typedef enum
{
    #include "signal_list.gen"
} E_MSG_ID;
  1. 定义宏函数ENUM_OR_STRING，实现获取枚举字符串方法
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#ifdef ENUM_OR_STRING
#undef ENUM_OR_STRING
#endif
#define ENUM_OR_STRING(x) #x

const int MAX_LENGTH_MSG = 50;
const char msgIdString[][MAX_LENGTH_MSG] = {
    #include "signal_list.gen"
};

const char *GetMsgName(int msgID)
{
    return msgIdString[msgID];
}

常见问题

变量初始化顺序

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[build] /root/project/prj3/xxxx2c/include/MODE2C/DEV/CtxUtility.h: In constructor ‘MODE2C::DEV::CtxComponent::CtxComponent(MODE2C::DEV::NodeArchitecture&, MODE2C::DEV::ASTBasePtr, MODE2C::DEV::NodeComponent&)’:
[build] /root/project/prj3/xxxx2c/include/MODE2C/DEV/CtxUtility.h:137:33: warning: ‘MODE2C::DEV::CtxComponent::mpnewInstance’ will be initialized after [-Wreorder]
[build]      MODE2C::DEV::NodeComponent* mpnewInstance;
[build]                                  ^~~~~~~~~~~~~
[build] /root/project/prj3/xxxx2c/include/MODE2C/DEV/CtxUtility.h:136:33: warning:   ‘MODE2C::DEV::NodeComponent* MODE2C::DEV::CtxComponent::mpexistingInstance’ [-Wreorder]
[build]      MODE2C::DEV::NodeComponent* mpexistingInstance;
[build]                                  ^~~~~~~~~~~~~~~~~~
[build] /root/project/prj3/xxxx2c/src/DEV/CtxUtility.cpp:49:1: warning:   when initialized here [-Wreorder]
[build]  CtxComponent::CtxComponent(MODE2C::DEV::NodeArchitecture& instanceRoot, ASTBasePtr component,
[build]  ^~~~~~~~~~~~
[build] In file included from /root/project/prj3/xxxx2c/src/DEV/CtxUtility.cpp:3:0:

这几句告警说的是变量顺序问题，英文大意为：

成员变量mpnewInstance将会在mpexistingInstance之后初始化，当调用类构造函数CtxComponent::CtxComponent进行初始化时。

解决方案：调整相关变量初始化顺序