C++ 学习笔记（19）new/delete表达式、定位new、typeid、dynamic_cast、type_info、枚举类型、成员函数指针、union、位域、volatile限定符、链接指示

参考书籍：《C++ Primer 5th》
C++ 学习笔记（12）动态内存、智能指针、new和delete、动态数组、allocator

19.1 控制内存分配

19.1.1 重载new和delete

new表达式步骤：
1. 调用operator new或operator new[]的标准库函数，分配了一块足够大的未命名内存空间。
2. 运行相应的构造函数，并传入初始值。
3. 返回一个指向该对象的指针。
delete表达式步骤：
1. 运行相应的析构函数。
2. 调用operator delete或operator delete[]的标准库函数，释放内存空间。

重载带有noexcept说明符运算符时，同样需要加上noexcept。
自定义版本必须位于全局作用域或类作用域。
- 作为类的成员时，是隐式静态的，因为new是在对象创建前使用，delete是在对象销毁以后使用，且都不能操纵类的任何数据成员。
new的返回类型必须是void *，第一个形参类型必须是size_t，且不能有默认实参（分配对象所需字节数）。可以提供额外形参，除了一个函数用户不能重载：
- void *operator new(size_t, void*);
delete的返回类型必须是void，第一个形参必须是void*。用指向待释放内存的指针，来初始化void*形参。
nothrow_t：空结构体，用来表明函数是否抛出异常。
实际上并没有重载new表达式delete表达式，只是改变内存分配方式。因为无法自定义new表达式或delete表达式的行为。
malloc函数：
- 参数size_t：分配字节数。
- 返回void*：分配了空间的指针。失败返回0。
free函数：
- 参数void*：是malloc返回的指针的副本，将其内存释放。

19.1.2 定位new表达式

19.2 运行时类型识别

运行时类型识别（run-time type identification, RTTI）：
- typeid运算符，用于返回表达式的类型。
- dynamic_cast运算符，用于基于类的指针或引用安全地转换成派生类的指针或引用。
使用RRTI时，最好定义虚函数而非直接管理类型。

19.2.1 dynamic_cast运算符

有三种形式（type为类类型，通常含有虚函数）：
- dynamic_cast<type*>(e) ：e必须为有效的指针。
- dynamic_cast<type&>(e) ：e必须为一个左值。
- dynamic_cast<type&&>(e) ：e不能是左值。
e的类型必须符合以下三个条件中任意一个：
- 是目标type的公有派生类。
- 是目标type的公有基类。
- 是目标type的类型。
转换失败时：
- 目标是指针类型，返回0。
- 目标是引用类型，抛出bad_cast异常。

// 指针类型
// bp指针指向基类Base（至少含有一个虚函数），Derived是Base的公有派生类。
if (Derived *dp = dynamic_cast<Derived*>(bp))
{// 转换成功。dp指向Derived对象。
}
else
{// 转换失败。使用dp指向的Base对象
}// ----------------------------------------------------------------------------- //// 引用类型
// 因为不存在空引用，对于引用失败，应该用捕获异常的方法。
void f(const Base &b)
{try {// 使用b引用的Derived对象。const Derived *d = dynamic_cast<Derived&>(b);} catch (bad_cast) {// 转换失败处理。}
}

19.2.2 typeid运算符

typeid(e)：e是任意表达式或类名。返回结果是type_info类型（或派生类）常量对象的引用。
- e表达式如果是引用，则typeid返回该对象的类型。
- e表达式如果是数组或函数，不会转成指针，而是原来的类型。
typeid作用指针时，返回的结果是该指针的静态编译时类型。
- 只有当类型含有虚函数时，编译器才会对表达式求值。
- 不含虚函数时，返回表达式的静态类型。

class A {};      // 非多态
class B : public A {};class A2 { virtual void foo() {}; };  // 多态
class B2 : public A2 {};void main()
{B *b = new B;A *a = b;if (typeid(*a) == typeid(*b)) { cout << "test one ok!" << endl; }  // 未执行if (typeid(*a) == typeid(B)) { cout << "test two ok!" << endl; }  // 未执行if (typeid(a) == typeid(B)) { cout << "test three ok!" << endl; } // 未执行B2 *b2 = new B2;A2 *a2 = b2;if (typeid(*a2) == typeid(*b2)) { cout << "test four ok!" << endl; }    // 执行，类型相同if (typeid(*a2) == typeid(B2)) { cout << "test five ok!" << endl; }    // 执行，类型相同if (typeid(a2) == typeid(B2)) { cout << "test six ok!" << endl; }  // 未执行，比较的是：A2*和B2类
}

19.2.3 使用RTTI

class Base
{friend bool operator==(const Base&, const Base&);    // 整个类（包括继承）的相等运算符
protected:virtual bool equal(const Base&) const;        // 每个类自己定义的euqal函数
};class Derived : public Base
{
protected:bool equal(const Base&) const;
};// ==运算符的比较
bool operator==(const Base &lhs, const Base &rhs)
{return typeid(lhs) == typeid(rhs) && lhs.equal(rhs); // 先判断类型是否相同，再调用自定义的相等判断
}// 基类自定义判断
bool Base::equal(const Base &rhs) const
{// ...自定义的相等判断
}// 继承类自定义判断
bool Derived::equal(const Base &rhs) const
{auto r = dynamic_cast<const Derived&>(rhs); // 继承类转基类，不会抛出异常if (!Base::equal(rhs)) return false; // 可调用基类判断，先处理基类的成员判断// ...其他自定义的相等判断return true;
}

19.2.4 type_info 类

19.3 枚举类型

枚举属于字面值常量类型。
限定作用域的枚举类型：包含关键字class或struct，枚举类型名，枚举成员列表。
不限定作用域的枚举类型：省略关键字class或struct，枚举类型的名字是可选的。

// 不限定作用域的枚举类型
enum color { red, green };
enum stoplight { red, green };  // 错误。重复定义枚举成员
enum class peppers { red, green };  // 正确。限定作用域的枚举类型，隐藏了枚举成员color eyes = green;     // 正确，不限定作用域的值
peppers p = green;     // 错误，color枚举类型不能赋给peppers
peppers p2 = peppers::red; // 正确，指定作用域int i = color::red;      // 正确，不限定作用域的枚举可隐式转换成int
int j = peppers::red;  // 错误，限定作用域的不会隐式转换
int k = (int)peppers::red; // 可以强制转换

默认情况下：
- 限定作用域的enum成员类型是int。
- 不限定作用域的enum成员不存在默认类型。所以在前置声明时必须指定成员大小。

// 不限定作用域的枚举类型，必须指定成员类型
enum intValues : usigened long long;
// 限定作用域，默认int
enum class open_modes;

19.4 类成员指针

成员指针：可以指向类的非静态成员的指针。不同于普通指针，成员指针必须包含成员所属的类，即在*前添加类名calssname::。

19.4.2 成员函数指针

class Screen
{
public:Screen & up();Screen& down();// Action是别名，Screen的成员指针，可指向Screen成员的一类函数。using Action = Screen & (Screen::*)();enum Directions { UP, DOWN };    // 用来控制输入的枚举类型Screen& move(Directions);     // 提供给外部调用的接口
private:static Action Menu[];       // 函数列表，通过索引调用对应函数
};Screen::Action Screen::Menu[] = { &Screen::up, &Screen::down };      // 0：up   1：downScreen& Screen::move(Directions cm) { return (this->*Menu[cm])(); }    // 通过函数表直接调用对应函数void main
{Screen s;s.move(Screen::DOWN); // 等价 s.down();
}

19.4.3 将成员函数用作可调用对象

mem_fun函数：可以根据成员指针的类型推断可调用对象的类型。

auto fp = &string::empty;   // 一般获取的成员函数都是指针类型，不能作为对象
find_if(sv.begin(), sv.end(), fp);  // 错误。fp是成员指针，需要调用 ->*// 使用function转换成对象
function<bool (const string&)> fcn = &string::empty;
find_if(sv.begin(), sv.end(), fcn); // 正确。fcn是函数对象// 使用mem_fn
find_if(sv.begin(), sv.end(), mem_fn(&string::empty));  // 正确，直接生成可调用对象
auto f = mem_fn(&string::empty);   // f可接受对象或对象的指针
f(*svec.begin());       // 正确，传入对象，f调用.*
f(&svec[0]);            // 正确，传入指针，f调用->*// 使用bind，必须将函数指向对象的隐式形参转换成显式的。
auto fb = bind(&string::empty, _1);
fb(*svec.begin());      // 正确
fb(&svec[0]);           // 正确

19.6 union：一种节省空间的类

union可以有多个数据成员，但在任意时刻只有一个数据成员有值（其他成员变成未定义状态）。分配union对象的存储空间至少能存储其最大的数据成员。
不能含有引用类型的成员。
默认情况下，成员都是公有的。
不能继承其他类或作为基类。
匿名union：未命名的union。定义了匿名union，编译器就自动为该union创建一个未命名对象。
- 定义所在作用域内，该union的成员都是可以直接访问的。
- 不能包含proteced或private成员，也不能定义成员函数。

union
{char cval;int ival;
};
cval = 'c';      // union对象的成员，此时ival是未定义状态
ival = 2;      // 赋值了另一个成员，此时cval是未定义状态

union只包含内置类型的成员时，编译器依次合成默认构造函数或拷贝控制成员。
如果含有类类型成员，且需要修改类类型成员时，就必须运行构造或析构函数。如果定义了自定义默认构造函数或拷贝成员，合成版本的会被声明为删除的。

19.7 局部类

如果局部类定义在某个函数内部，局部类无法使用函数内部的局部变量。

19.8 固有的不可移植的特性

不可移植（nonportable）：因机器而异，通常需要重新编写。

19.8.1 位域

struct S
{unsigned int b : 3;    // 三位无符号位域，值的范围在[0,7]
};
void main()
{S s = { 7 };cout << s.b << endl; // 输出：7++s.b; // 无符号上溢（保证回卷）cout << s.b << endl; // 输出：0
}

19.8.2 volatile限定符

volatile int v;
int *vloatile vip;      // vip：volatile指针，指向int
vloatile int *ivp;      // ivp：是一个指针，指向vloatile int
vloatile int *vloatile vivp;        // vivp：volatile指针，指向vloatile intint *ip = &v;       // 错误
ivp = &v;      // 正确
vivp = &v;     // 正确

19.8.3 链接指示：extern “C”

链接指示（linkage directive）：指出任意非C++函数所用的语言。

// 单语句链接指示：声明使用C语言版本的strlen函数
extern "C" size_t strlen(const char *);// 复合语句链接指示
extern "C"
{int strcmp(const char*, const char*);char *strcat(char*, const char*);
}extern "C"
{#include <string.h>  // 操作C风格字符串的C函数
}void (*pf1)(int);              // pf1指向一个C++函数
extern "C" void (*pf2)(int);      // pf2指向一个C函数
pf1 = pf2;         // 错误，C和C++是不同类型

链接指示不仅对函数有效，而且对返回类型或形参类型的函数指针也有效。

// 在同时编译C和C++时，做判断以正确编译
#ifdef __cplusplus
extern "C"
#endif

C语言不支持重载，所以不可以链接指示相同函数名。

extern "C" void print(const char *);
extern "C" void print(int);           // 错误，相同函数名extern "C" double calc(double);
extern int clac(int);               // 正确，C++与C函数的重载。

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19.1 控制内存分配

19.1.1 重载new和delete

19.1.2 定位new表达式

19.2 运行时类型识别

19.2.1 dynamic_cast运算符

19.2.2 typeid运算符

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19.2.4 type_info 类

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19.4 类成员指针

19.4.2 成员函数指针

19.4.3 将成员函数用作可调用对象

19.6 union：一种节省空间的类

19.7 局部类

19.8 固有的不可移植的特性

19.8.1 位域

19.8.2 volatile限定符

19.8.3 链接指示：extern “C”

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