C/C++知识点总结（4）

时间：2014-06-06 10:51:44 收藏：0 阅读：315

C++的类型转换规则：

对于数值类型而言：当一个较小数值类型赋值给一个较大数值类型的时候，C++支持隐式的类型转换，不会有任何的损失；
对于数值类型而言，当一个较大数值类型赋值给一个较小数值类型时候，由于较小数值类型内存空间有限，有信息丢失，这种转换被视为不安全，但仍旧可以隐式进行；
对于对象类型而言，派生类对象中的信息肯定包含基类对象，将一个派生类对象赋值给基类对象的时候，肯定也有信息丢失，但是这不会影响我们使用基类对象的信息，所以这种转换被视为安全的，可以隐式进行；
对于对象类型而言，反过来，如果将基类对象赋值非派生类对象，由于没有足够的信息来填充派生类对象的对应空间，这样的转换被视为不安全的；如果是按值传递，则不能进行显示转换（除非定义转换构造函数或者转换运算符重载函数），如果是指针或者索引类型则可以进行显示转换（强制转换，可行，但无意义）；对于对象类型而言，反过来，如果将基类对象赋值非派生类对象，由于没有足够的信息来填充派生类对象的对应空间，这样的转换被视为不安全的；如果是按值传递，则不能进行显示转换（除非定义转换构造函数或者转换运算符重载函数），如果是指针或者索引类型则可以进行显示转换（强制转换，可行，但无意义）；

对象值类型之间的类型转换：

对于不同类型之间的赋值classB=classA而言，如果没有对应的赋值运算符重载函数，则首先通过转换构造函数转换，再使用赋值运算符重载函数赋值；
对于不同类型之间的混合运算classB=classA+classC而言，如果没有正确参数对应的友元函数，则需要首先使用转换构造函数进行类型转换，然后调用友元函数；
对于相同类型之间的初始化classB b=classB而言，调用的是拷贝构造函数，所以对于不同种类型没有作用；
C++对于内部数值类型的类型检查不严，认为这些类型都可以相互隐式转化，从这个角度看C++是弱类型语言；对于基类和派生类而言，派生类可通过隐式转换到达基类（通过拷贝构造函数或者赋值运算符重载函数实现），但是基类必须通过强制转换才可以到达派生类（这些规则对于类对象类型，引用类型和指针类型都适用），不相关类型之间的转换只能通过特殊的程序特征设计才能实现，所以从这个角度看C++是强类型语言；

C++中有三种强制类型转换方式：

转换构造函数：当提供非目标对象类型的类型时，将调用转换构造函数创建一个临时对象，此临时对象一般情况下会用于拷贝构造函数（参数传递，初始化）或重载赋值运算符函数（赋值）的参数。如果在转换构造函数前添加explicit关键字，则需要显示使用强制转换符号才能显示进行转换。

Base::Base(int init) {……}

有一函数void setOther(Base b)，则如果传入参数为setOther(5);实际的调用为

setOther(Base(5));

依赖转换构造函数的隐式转换仅限于按值传递参数类型，因为转换构造函数构造一个对象本身，所以对于指针和引用类型的参数不能依赖这个机制；
转换运算符重载函数：不能有在函数头上定义返回值，但是函数体内需要有return返回值，定义：operator const char* () const {return ptr;} 其中的const char*就是最终转到的类型，使用：(char *)typeinst; typeinst 就是定义转换运算符函数的类型，此类函数的功能与static_cast<> ()类似。尽管没有显示声明返回值，但是函数体内也需要使用return语句返回对应函数名的类型；

operator const char*() const {……return const ptr;}

operator char*() {……return ptr;}
指针（引用）之间的转换：隐式转换的规则仅适用于数值类型（和有转换构造函数的类型），任何类型的变量都可以接受强制类型转换的初始化或者赋值，但大多数情况下是使用新的类型解释机制去解释原有的内存数据，尽管没有意义，但是编译器却允许这样的显示转换；
当使用基类对象作为右值赋值给作为左值的派生类对象时，即使使用强制转换也是不合法的；仅有定义针对基类对象的赋值运算符重载函数才可以（派生类对象有部分数据需要额外赋值）
```
1 class Base {}; class Derived :public Base {}
2 Derived d; Base b;
3 d=b;//错误，一定需要赋值运算符重载函数
4 d=(Derived)b;//错误，一定需要转换操作符重载函数
```
解决办法是：
        之一：为Derived添加赋值运算符重载函数
                void Derived::operator=(const Base &b)
                void Derived::operator=(const Derived &d)

        之二：为Derived添加转换构造函数
                Derived::Derived(const Base & b)

        之三：为Base添加转换操作符重载函数
                Base::Derived() {……return derived;}

对象类型之间的转换，无论是基类对象转换成派生类对象，还是派生类对象转换成基类对象，都是生成新对象的过程，需要调用对应的构造函数，并且可能会丢失信息（派生类转换到基类的时候会出现信息丢失）。而指针或者索引之间的转换则只是访问模式的转换，对于对象本身来讲并没有实质上的变化，因此不同类别之间的指针和索引可以相互转换，并且转换是可逆的；

虚函数机制的使用：

只适用于指针和索引类型
其本身不能是静态函数，不能使用对象变量或者作用域运算符调用
并且一般是基类类型指针（索引）指向派生类类型对象的时候使用
继承模式为public（隐式转换只有在公共派生时才有效）
虚函数不能声明为static，private

派生类中对应的函数需要与基类中的函数的名字，参数列表，返回值都完全相同；

1 class Base {virtual void func() {……}};
2 class Derived1 : public Base {void func() {…1…}};
3 class Derived2 : public Base {void func() {…2…}};
4 Base* comBase=new Derived1(); comBase->func();//调用1
5 comBase=new Derived2(); comBase->func();//调用2

则comBase会根据具体索引不同的派生类类型，调用不同的func()方法

四类函数定义：

1类：基类中定义，派生类中没有定义
2类：基类中没有定义，派生类中进行了定义
3类：基类中，派生类中都进行了定义（相同函数名）
4类：虚函数

三类索引情况：（针对四类函数定义中的四项）

基类指针索引基类对象：1
派生类指针索引派生类对象：某些public继承子基类的1，2和3中的派生类定义（静态绑定）；
基类指针索引派生类对象：1，3中的基类定义（静态绑定）和4中的派生类定义（动态绑定）；

对C++类的内存模型的理解：

static类函数和static类成员数据是独立于类而言，也就是存储于静态存储区；
非static类函数是针对类而言，也就是所有相同类型的实例都共享同一份非static类函数列表的内存，这份数据在类的第一个实例创建的时候载入内存，直到最后一个类的实例销毁的时候才销毁，表示一个类的数据；非static类函数以Table的形式出现，每一个slot表示函数的调用地址；如果是派生类，则Table会以基类的Table作为模板（因此包含private, protected和public的函数指针），然后将派生类的类函数地址存储到新的Table中（顺序查找是否有同名函数，如果有则实现函数覆盖；如果没有，则加入Table的末尾）；由于使用Base::fun2()就可以访问基类的方法，所以可能不是简单的同名覆盖；
非static类成员数据是针对实例而言，也就是相同类型的实例在内存中有一份独立的成员数据拷贝，在非static类函数体内通过*this指针进行成员数据的访问；如果是派生类，则其内存中会包含所有基类的数据成员（因此包含所有private, protected和public的数据成员）；
virtual函数是针对实例而言，含有虚函数的类与不含有虚函数的类在内存中同样具有以Table形式存储指向类函数的指针的列表，派生类的类函数地址同样会存储于Table中（顺序查找是否有同名函数，如果有则实现函数覆盖；如果没有，则加入Table的末尾）；不同的是，类实例的内存的起始位置会使用4bytes（一个指针大小）存储指向这个Table的指针，因此这个Table更名为Virtual Table；并且表明为virtual的函数会使用运行时查找的方式到VTable中查找函数，其他函数仍旧使用静态绑定的方式确定类函数调用地址；

如果是多继承的情况，则按照继承顺序依次存储每一个基类的VT_Ptr和数据，最后才是自身的数据；

 1 class Base {
 2   private:
 3         int data0;
 4   public:
 5         int data1;
 6         static int data2;
 7   public:
 8         void fun1();
 9         void fun2();
10         void fun3();
11         virtual void fun4();
12         virtual void fun5();
13         virtual void fun6();
14         static void fun7();
15 };
16 
17 class Derived : public Base{
18   public :
19         int data3;
20         static int data4;
21   public :
22         
23         void fun2();
24         void fun3(int);
25 
26         void fun5();
27         void fun6(int);
28         void fun8();
29         static void fun9();
30 };
31 
32 class solo {
33   private:
34         int data0;
35   public :
36         int data1;
37 
38 };
39 Base类的类函数Table（由于有虚函数，所有也叫VTable）：
40 
41 Base::fun1 Base::fun2 Base::fun3 Base::fun4 Base::fun5 Base::fun6
42 
43 Derived类的类函数Table（由于有虚函数，所有也叫VTable）：
44 
45 Base::fun1 Derived::fun2 Derived::fun3 Base::fun4 Derived::fun5 Derived::fun6 Derived::fun8

static函数存储于程序静态存储区，所以独立于类的类函数Table；

派生类的Table直接复制自基类的Table，并将自己定义的函数添加到Table的末尾(如fun8)，如果有同名函数则直接进行覆盖（这里不管是否参数列表相同，也不管是否为virtual函数，如fun2和fun5，fun3和fun6）

Base类的类实例内存结构：
VT_Ptr1 data0 data1

Derived类的类实例内存结构：

VT_Ptr2 data0 data1 data3

static成员数据存储于程序静态存储区，所以独立于类的实例内存；

派生类的类实例包含所有基类的数据成员；并且不会覆盖重名的成员数据，而只是简单的追加

VT_Ptr1表示指向Base类在内存中的类函数Table的指针；VT_Ptr2表示指向指向Derived类在内存中的类函数Table的指针；仅仅virtual函数才是动态动态调用，其他函数则是静态绑定

虚拟继承和虚基类：用于避免多继承环境中的二义性和内存使用效率

问题：当B和C拥有共同的基类A，同时D同时继承B和C，这样当D调用A中的方法时产生二义性（不知道选择B继承路线还是C继承路线，在D的内存数据中有两份A的类数据），其实问题在于B和C各自拥有一份A基类的内存拷贝，不仅有二义性且内存耗用大
```
1 class Top {};
2 class Left : virtual public Top {};
3 class Right : virtual public Top {};
4 class Bottom : public Left, public Right {};
```
Bottom* b=new Bottom(); b指向Left::Top::a；

Left* bl=b;bl指向Left::Top::a；但是当Right* br=b;时，br需要指向Right::Top::a才逻辑正确，需要手动进行偏移；

当Top* bt=b;时，编译不通过，产生歧义。
虚继承中，每个类实例中仍旧有4bytes的指针指向虚函数表，并且Derived3的实例中有两个4bytes的VT指针；

解决：class B: virtual A{}; class C: virtual A{};这样的定义使得内存中A基类仅有一份数据，所以的子类都使用同一份拷贝

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