[开发工具]TheChernoCppTutorial

1. 欢迎来到C++

使用C++的最大原因是直接控制硬件。用C++写的代码，这些代码被送去编译器去编译，这些编译器将代码输出为目标平台的机器码。机器码是你的设备在CPU上实际执行的指令。使用C++我们完全可以控制CPU执行的每一条指令。

C#和JAVA与cpp不同，是因为它们运行在虚拟机上，这意味着代码首先被编译成一种中间语言，当在目标平台运行应用程序时，虚拟机在程序运行时再转换成机器码。

C++是本地语言（native language）。比如x64编译器将输出x64机器代码，从而（也只能）在64位的CPU上运行。C++编译器位目标平台和架构生成机器码，编译后已经变成了平台上的机器语言，你只需要把机器代码指令放入CPU，CPU就会执行这些指令。

仅仅因为代码是本地的，并不意味着它会很快，垃圾代码甚至可能比虚拟机语言更慢比如C#或JAVA，因为它们倾向于运行时做系统优化。

5. C++是如何工作的

以VS为例，配置Configurations只是构建项目时的一系列规则而已，解决方案平台Platforms是指你编译的代码的目标平台，Win32其实和X86是一样的东西。

项目中的每个CPP文件都会被编译，但头文件不会被编译。头文件的内容在预处理时包含进来了。

visual studio 单独编译一个文件：ctrl + F7

visual studio的error窗口，基本上就是分析output窗口，然后找到error这个单词，并抓取这部分信息展示出来，然后放入error list，所以建议看output窗口。

声明：这个符号、这个函数是存在的。
定义：这个函数到底是什么。

6. C++编译器是如何工作的

C++编译器实际上需要做的唯一一件事，就是将我们的文本文件拿来转换他们，转换成一种称为目标文件格式的中间格式。这些obj文件可以传递到链接器，这个链接器可以做它所有的要链接的事情。

编译器在生成这些obj时实际上做了几件事：
首先，预处理我们的代码，这意味着所有的预处理语句都会先处理。一旦我们的代码被预处理，接下来我们将或多或少地进行记号化和解析，基本上整理成编译器能够真正理解和推理的格式。这基本上导致了所谓的抽象语法树被创建。它基本上是我们代码的一种表示，但是是抽象的语法树。一旦编译器创建了抽象语法树，它可以开始实际生成代码。这段代码就是实际的机器，我们的CPU，将执行的代码。
我们还得到了其他各种数据，比如一个存储所有常量、变量的地方，这基本上就是编译器所做的一切。

每一个CPP文件将产生一个目标文件，这些CPP文件被称为翻译单元。本质上必须意识到C++不关心文件，文件不是存在于C++中的东西。在C++中，文件只是提供给编译器源代码的一种方式，你负责告诉编译器你输入的是什么类型的文件，以及编译器应该如何处理它。比如说把a.cpp改为b.hbh，只要告诉编译器这是个c++文件亦可，所以文件是没有意义的。

预处理到文件：（生成.i，但是就不生成.obj了）

OBJ为二进制文件，不易读，我们可以在VS中选择生成汇编：

默认的Debug优化：

运行时检查：

如果开氧气优化则会报错：

Error	D8016	'/O2' and '/RTC1' command-line options are incompatible	Project2	

要把运行时检查修改为default：

它基本上不会执行运行时检查。

7. C++链接器是如何工作的

现在链接的主要焦点是找到每个符号和函数在哪里，并把他们连接起来。应用程序需要知道入口点（entry point，一般为main）在哪里，当你实际运行你的应用程序的时候，C++运行时库（run time library）会说：这是main函数，我要跳到这里，然后开始执行代码。

在VS中按下ctrl + F7，只有编译会发生，链接将永远不会发生。但是如果是build或者是F5运行，它会编译然后链接。

语法错误（syntax error）以C打头（compile），告诉我们错误在编译阶段。LNK则代表链接link，告诉我们错误在链接阶段。

自定义entry point（一个exe一定有entry point）：

链接错误：
未解决的外部符号unresolved external symbol——当链接器找不到它需要的东西时发生。（如果从来没调用某个函数，则根本无需链接）

如上图，在一段程序中，如果我们在函数中调用Log，但是main中并没有调用multiply，如果log没有被链接器找到，则仍然会报错——因为multiply函数是有可能被别的翻译单元调用的！因此仍然需要进行链接。
那么只要我们让multiply函数变为static的，即 static int Multiply(int a, int b)，那么这就表明这个函数只被声明在这个翻译单元中。因此即使Log函数在其他翻译单元是没有定义的，由于其只存在于Multiply中，而Multiply是static的且当前翻译单元未被调用，就表明Multiply从来没有被调用过！因此无需链接，也就不会得到任何链接错误。

当然，重复定义，会让链接器不知道链接到哪一个函数，因此也会出错。比如在一个头文件中定义了一个函数：

而在Log.cpp和Math.cpp中都调用了Log函数并且包含了Log.h头文件（注意，头文件include仅仅是把头文件内容复制粘贴过来而已），那么由于各自为翻译单元，有两个Log函数的定义存在，链接器仍然将不知道去调用哪个函数，会出现错误：

。。。。。 already defined in Log.obj

告诉我们Log函数已经在log.obj被定义了。

修复措施：

1. static
   表明头文件代码贴进来的时候，这个函数只是文件的内部函数，所以Log.cpp和Math.cpp都有他们各自的Log函数且对其他的obj文件不可见。
   
2. inline
   inline的意思是获取我们实际的函数体并将函数调用替换为函数体（直接贴进去）。
3. 放到其他的翻译单元中，头文件只声明

链接器需要带走我们所有的目标文件，并将它们链接在一起。它也将拉进我们可能用到的其他任何其他库，例如 C run time library、C++标准库、平台的api等等，从许多不同的地方linking是很常见的。

还有其他不同的链接：静态链接和动态链接（第49节课和第50节课，动态库dll静态库lib）

8. C++变量

变量允许我们命名我们存储在内存中的数据（data），继续使用它。当创建一个变量时它将被存储在内存中——两个地方：堆和栈。

cherno解释变量的时候喜欢这样说：在C++中不同变量类型之间的唯一区别就是大小size（这个变量会占用多少内存）。这实际上是这些原始数据类型之间的唯一区别。

数据类型的实际大小取决于编译器——不同的编译器会有不同。由编译器确定类型的大小。

数据的大小（字节）：
char 1，short 2，int 4，long 通常为4、具体取决于编译器，long long 通常是8
可以将unsigned添加到上述常用的5个的任何一个，它会移除符号位，可以设置一个更大的数字。

char传统上用于存储字符，而不仅仅是数字（当然也可以存储数字）。同样也能对其他类型存储分配字符。因此数据类型的使用仅仅取决于程序员。

存小数：
float 4，double 8
其实还有long double等。。
有一个f在后面才声明这是一个浮点数：

如上图定义了float a = 5.5，但这个5.5其实是double的，浮点数写法为5.5f

bool 1字节——因为在处理寻址内存时（addressing memory），也就是说我们需要从内存中找回我们的bool变量的值，我们没有办法去寻址只有以一个bit位的内容，我们只能寻址字节。因此我们不能创建只有一个bit位的变量，因为我们需要能够访问它，而我们现在只能访问字节。
（计算机不能区分什么true和false，因此一般0表示false，而非0的一切为true）

因此我们可以聪明地用一字节存8个bool意义的量，比如bitset

操作符：sizeof，告诉我们是几字节的。因此sizeof(bool)就会打印出1，表示bool占用一个字节。

有了这些原始数据类型，之后还能转换为指针、引用。

9. C++函数

函数就是我们写的代码块，被设计为用来执行特定的任务。在class中这些代码块则被称为方法method。

这里所说函数单独指类外的。

每次调用函数，编译器生成一个call指令（类外的，因此没有什么动态绑定，也暂时不考虑内联）。这基本上意义着，在一个运行的程序中，为了调用一个函数，我们需要创建一个堆栈结构，这意味着我们必须把像参数这样的东西推进堆栈。我们还需要一个叫做返回地址的东西压入堆栈。然后我们要做的是跳到二进制执行文件的不同部分，以便开始执行我们的函数指令。
为了将push进去的结果返回，然后我们得回去到最初调用函数之前。跳跃和执行这些都需要时间，所以它会减慢我们的程序。

而对于main函数，返回值是int，并且只有main函数可以不return——它会自动假设返回0.（这是现代C和C++的一个特性）

10. C++头文件

像C#和Java就没有头文件的概念，我们实际上有两种不同的文件类型的概念：
一种就是像C++一样，编译的编译文件，一个翻译单元。这种就会有头文件的概念。

就C++的基础而言，头文件通常用于声明某些类型的函数，以便它们可以被使用在你的程序中。

下面来说#pargma once
任何以#开头的东西，都被称为预处理器命令或者预处理器指令，这意味着在实际编译至此文件之前它将被先处理。
pragma本质上是一个被发送到编译器或预处理器的预处理指令。pargma once阻止我们单个头文件多次被包含，并转换为单个翻译单元。
原因是如果我们不小心多次包含了一个文件，并转换为一个翻译单元，我们会得到duplicate复制错误，因为我们会复制粘贴整个头文件多次。

头文件保护符（监督、警卫）的东西——#ifndef #define #endif，在过去被广泛使用。但是现在我们有了这个新的预处理语句叫做pragma once. 几乎现在每个编译器都支持pragma once，所以它不止visual studio——GCC、Clang、MSVC都支持。

而有的include是<>有的是“”，原因是：
当我们编译程序的时候，它们有两种不同的含义，我们有能力告诉编译器，包含文件的路径是什么。
如果我们要包含的文件是在其中的一个文件夹里（在包含路径文件夹里），我们可以使用尖括号来告诉编译器搜索包含路径文件夹； 而引号则通常用于包含相对于当前文件的文件。
所以尖括号只用于编译器包含路径，引号可以做一切。不过cherno一般引号中都是只用当前路径，即不用…/啥的，其他都是用尖括号。
建议：如果包含了一些visual studio 解决方案之外的东西，就会用尖括号，也就是一些完全与项目无关的外部依赖项。

而像#include < iostream >，iostream其实是一个文件（虽然没有后缀。。）这是写C++标准库的人决定要这样做的。将C++标准库与C标准库进行区分。（有没有.h，如stdlib.h，这是一种区分C标准库和C++标准库的方法）

11. 如何在Visual Studio中调试代码

断点和读取内存——这是调试的两大部分。当然会同时使用，换句话说你要设置断点就是为了读取内存。

断点break point是程序中调试器将中断的点。这里break的意思是暂停。当我们的程序执行到断点处时它将暂停。在我们这个例子的整个项目中它会挂起执行线程，让我们来看看这个程序的state。说到state，cherno指的是内存，我们可以暂停程序看看它的内存中发生了什么。

一个运行中的程序所需的内存是相当大的，包括你设置的每个变量、要调用的函数等等。当你将程序中断后，内存数据实际上还在，能查看内存对诊断你的程序出问题的原因非常有用。通过查看内存可以看到每一个变量的值。

确保在将会被执行的代码行打上断点（空行的断点不起作用）。

visual studio：

• step into——F11
  进入到这行代码上的函数里面（如果这一行有一个函数的话）。
• step over——F10
  从当前函数跳到下一行代码。
• step out——shift + F11
  跳出当前函数，回到调用这个函数的位置。

如上图这样的代码，黄色箭头表示将要执行这行代码，调试器显示的是，a将要被设置的内存位置的数字被显示出来了。因为我们没有把这个变量设置成任何东西，它只是未初始化的内存，这意味着这个值只是给我们展示了内存中实际包含的内容。

内存视图（VS中，alt + 6，或是debug-Windows-memory-memory1）：


最左边是内存地址以十六进制格式表示的实际值。在中间为实际的数据，右边为ASCII码对这些数字的解释。
变量名取地址，即可在内存视图中找到对应位置：


这里内存是大量的CC，意味着它是未初始化的栈内存。

12. C++条件与分支（if语句）

运行时检测汇编（debug时，鼠标右键->go to disassembly）：

然后就可以看到每一行代码对应的汇编，比如int x = 6就对应那一行汇编 mov xxx，而下面那一句就对应一块汇编。

因为一个bool是一个字节，因此只要有东西在这个字节中不为0，这个bool就是true。

13. Visual Studio的最佳设置

语言在 Tools->Options->Environment->International Settings 中修改：

平台和配置全选all：
Output Directory写为：$(SolutionDIr)bin$(Platform)$(Configuration)\
Intermediate Directory写为：$(SolutionDIr)bin\intermediates$(Platform)$(Configuration)\

所有的宏可以点这个编辑：

然后点这个macros查看：

顺便一提，我们会经常用到宏 $(SolutionDir) ，其代表着与 sln 所在的路径，且自动在结尾有反斜杠\

vcxproj文件，我们的项目文件，它只是一个XML文件。sln文件实际上是一个文本文件夹，就像是某种目录。

16. C++指针

对计算机来说内存就是一切。x86即32位地址为32位（8位16进制数，4 * 8 = 32），那么对应指针就是4字节；x64则为64位地址（16位16进制数），则对应指针8字节。

当你编写一个应用程序并启动它时，所有的程序都被载入到内存中，所有的指令告诉计算机在你写的代码中要做什么。所有这些都被加载到内存中。

指针是一个整数，一种存储内存地址的数字。 就是这样。

忘掉类型types，类型只是我们为了让生活更容易而创造的某种虚构，这都不重要。int*、double*或是class*，类型是完全无意义的，所有类型的指针都是保存内存地址的整数。

给指针类型type，我们只是说这个地址的数据被假设为我们给的类型，除此之外它没有任何意义。它只是一些我们在实际的源代码可以编写的东西，使我们的生活在语法层面上更容易。类型不会改变一个指针的实质。

所有void*这意味着我们现在不关心我们的代码中这个指针是什么类型的，因为我们只想保存一个地址。

类型types无关紧要，但类型对该内存的操作很有用，所以如果我想对它进行读写，类型可以帮助我因为编译器会知道例如一个int为4字节。（比如用*解引用的时候，我们对*ptr操作的时候我们就可以根据类型而知道对应着多大的内存）

17. C++引用

根本上，引用通常只是指针的伪装，只是在指针上的语法糖（Syntactic sugar）。

比如 int& ，这里的&其实是类型的一部分。

19. C++类与结构体对比

只有默认的可见性的区别：class默认private，struct默认public。

引入struct是为了让C++向后兼容C。

20. 如何写一个C++类

cherno建议：类内私有成员变量前面可以加前缀 m_ ，比如 m_LogLevel

21. C++中的静态（static）

配合知乎：https://zhuanlan.zhihu.com/p/394975612

static关键字在C++中有两个意思，这取决于上下文：
其中之一是在类或结构体外部使用static关键字，另一种是在类或结构体内部使用static

基本上直白来说，类外面的static，意味着你声明为static的符号，链接将只是在内部。这意味着它只能对你定义它的翻译单元可见（internal linkage）。然而类或结构体内部的静态变量（static）意味着该变量实际上将与类的所有实例共享内存。这意味着该静态变量在你在类中创建的所有实例中，静态变量只有一个实例。

类似的事情也适用于类中的静态方法。在类中没有实例会传递给该方法。

这一节着重讲在类和结构体外部的静态。

如果不用static定义全局变量，在别的翻译单元可以用extern int a这样的形式，这被称为 external linkage或external linking。

重点是，要让函数和变量标记为静态的，除非你真的需要它们跨翻译单元链接。

22. C++类和结构体中的静态（static）

在几乎所有面向对象的语言里，static在一个类中意味着特定的东西。如果是static变量，这意味着在类的所有实例中，这个变量只有一个实例。比如一个entity类，有很多个entity实例，若其中一个实例更改了这个static变量，它会在所有实例中反映这个变化。这是因为即使创建了很多实例，static的变量仍然只有一个。正因如此，通过类实例来引用静态变量是没有意义的。因为这就像类的全局实例。

静态方法也是一样，无法访问类的实例。静态方法可以被调用，不需要通过类的实例。而在静态方法内部，你不能写引用到类实例的代码，因为你不能引用到类的实例。

比如一段最简单的测试代码：

此时编译不会报错，但是链接会报错：

源.obj : error LNK2001: unresolved external symbol "public: static int Entity::x" (?x@Entity@@2HA)

于是我们需要给出定义，让链接器可以链接到合适的变量：

接着写成代码如下：

#include <iostream>

using namespace std;

struct Entity
{
	static int x;

	void print()
	{
		cout << x << endl;
	}
};

int Entity::x;

int main()
{
	Entity e1;
	e1.x = 1;

	Entity e2;
	e2.x = 2;

	e1.print();
	e2.print();

	cin.get();
}

结果就是打印两个2，这是因为它们共享的是同一个变量，因此像上面那样写没有意义，最好写为：

即用 :: 让x好像在Entity的作用域内一样，它实际上并不属于类。从这个意义上说它们可以是private的可以是public的，它们仍然是类的一部分，而不是命名空间。

static作用到方法上也是一样的。静态方法不能访问非静态变量（毕竟不属于类实例，所以没有隐藏的this指针。即静态方法没有类实例）。

静态成员变量在编译时存储在静态存储区，即定义过程应该在编译时完成，因此一定要在类外进行定义，但可以不初始化。
静态成员变量是所有实例共享的，但是其只是在类中进行了声明，并未定义或初始化（分配内存），类或者类实例就无法访问静态成员变量，这显然是不对的，所以必须先在类外部定义，也就是分配内存

23. C++中的局部静态（Local Static）

这一节讲述另一环境可能会找到static关键字：在一个局部作用域。

你可以在局部作用域中使用static来声明一个变量，这和前两种有所不同。这一种情况我们要考虑变量的生存期life time和变量的作用域scope。

生存期指的是变量实际存在的时间，而变量的作用域是指我们可以访问变量的范围。

静态局部（local static）变量允许我们声明一个变量，它的生存期基本相当于整个程序的生存期，然而它的作用范围被限制在这个作用域内。

例子：

打印结果：1、2、3、4

另一个作用是单例：

class Singleton
{
public:
    static Singleton &get_instance()
    {
        static Singleton instance;
        return instance;
    }

private:
    Singleton() = default;
    ~Singleton() = default;
    Singleton(const Singleton &) = delete;
    Singleton(Singleton &&) = delete;
    Singleton &operator=(const Singleton &) = delete;
    Singleton &operator=(Singleton &&) = delete;
};

可以参考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/342769966

通过static静态，将生存期延长到永远。这意味着，我们第一次调用get的时候，它实际上会构造一个单例实例，在接下来的时间它只会返回这个已经存在的实例。

参考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/394975612
static local 变量，这类变量一般在第一次运行到这段代码的时候进行初始化.
(付出的代价就是每次运行到这就要检查一下有没有初始化.)

补充

参考：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/380982475
https://zhuanlan.zhihu.com/p/394975612

符号 (symbol) 是在 ELF 格式中会遇到的概念. 也就是在写汇编代码的时候会遇到, 而在更高级的语言 (比如 C 或 C++) 中不会直接遇到这个概念. 我们把讨论的范围限制在 Linux 上的 ELF 格式.

没有符号的东西没法放进内存, 所以也没法取地址, 没有办法 ODR-used.

常见的 Symbol Binding 类型有三种:

• Local Symbol: 只有当前 object file 文件都能看见, 别的 object file 看不到.
• Global Symbol : 所有 object file 里都能看见, 全局只能有一个.
• Weak Symbol: 所有 object file 里都能看见, 全局可以有很多, 但最后只保留一个. 如果有同名 Global Symbol, 就只留下 Global Symbol.

对于之前说的static，static一个函数，其实是生成了Local Symbol，
比如错误：

// a.h
int func() { return 0; }

// A.cpp 
#include "a.h"

// B.cpp
#include "a.h"

摘自https://zhuanlan.zhihu.com/p/380982475：
现在的观念认为, 编译器在决定一个函数是否内联比我们更合适. 所以 inline 只是作为一个内联提示符. 编译器如果选择内联了, 你这个函数体就没了, 如果没有选择内联, 就会生成一个 Weak Symbol.

现在的 inline 语义大概就是: 允许同一个定义在不同的翻译单元出现, 但你需要确保不同翻译单元给出的定义是一致的. 可以看出, 最自然的实现方案就是使用 ELF 格式中的 Weak Symbol.

因为 inline 的语义变了, C++17 还引入了 inline variable. 也就是说, 不同的翻译单元中可以共用同一个符号作为变量.

在 C++ 之中, 除了 inline 会生成 Weak Symbol, 模板生成的内容也会 Weak Symbol. 所以模板可以放在头文件中, 而不用有担心重定义的错误. 事实上, 模板的定义也需要放在头文件中, 不然无法实例化. (除了显式实例化等情况)

24. C++枚举

ENUM是enumeration的缩写。基本上它就是一个数值集合。不管怎么说，这里面的数值只能是整数。

默认从0开始，但是cherno习惯显示地写为0以增强可读性，比如：

enum Level
{
	Error = 0, Warning, Info
};

这里的Level并不是真正的命名空间（与之对应的是C++11的强类型枚举 enum class，见我的笔记https://zhuanlan.zhihu.com/p/415508858）

28. C++虚函数

虚函数引入了一种叫做 Dynamic Dispatch 动态联编 的东西，它通常通过虚函数表来实现编译。

cherno建议加override关键字，这更具可读性。

29. C++接口（纯虚函数）

C++中的纯虚函数本质上与其他语言（如Java或C#）中的抽象方法或接口相同。

基本上纯虚函数允许我们在基类中定义一个没有实现的函数，然后强制子类去实现该函数。

实际上，其他语言有interface关键字而不是叫class，但C++没有。接口只是C++的类而已。

30. C++可见性

可见性是一个属于面向对象编程的概念，它指的是类的某些成员或方法实际上有多可见。这里说的可见性是指：谁能看到它们，谁能调用它们，谁能使用它们，所有这些东西。

可见性是对程序实际运行方式完全没有影响的东西，对程序性能或类似的东西也没影响。它纯粹是语言中存在的东西，让你能够写出更好的代码或者帮助你组织代码。

可见性是让代码更加容易维护，容易理解，不管是阅读代码还是扩展代码。这与性能无关，也不会产生完全不同的代码。可见性不是CPU需要理解的东西，这不是你的电脑需要知道的东西。它只是人类发明的东西，为了帮助其他人和自己。

比如可以让表示位置的成员变量x和y私有，然后搞两个函数SetX和SetY，这样我就可以在SetX函数中除了给x赋值，还可以顺便调用refresh去刷新显示器或是同步之类的。

C++中就三个：private、protected、public

private：只有类和它的友元才能访问（继承的子类也不行）。
protected：这个类和层次结构中的所有子类都可以访问。（比如在main函数中new一个类就不可见，这其实是因为main函数不是类的函数，对main函数是不可访问的）

补充（关于继承）

参考来源（https://www.cnblogs.com/lykkk/p/10699694.html）

不过一般都是public继承，见https://www.zhihu.com/question/425852397/answer/1528656579

31. C++数组

C++数组就是表示一堆的变量组成的集合，一般是一行相同给类型的变量。

特别一提：内存访问违规（Memory access violation），在debug模式下，你会得到一个程序崩溃的错误消息，来帮助你调试那些问题；然而在release模式下，你可能不会得到报错信息。这意味着你已经写入了不属于你的内存。

循环的时候涉及到性能问题，我们一般是小于比较而不是小于等于（少一次等于的判断）。

int example[5];
int* ptr = example;
*(ptr + 2) =6;

上述代码中 *(ptr + 2) =6; 与 *(int*)((char*)ptr + 8) = 6; 是一样的，因为指针用operator+偏移，是按照指针指向类型的大小决定，修改为一个字节（char*），就是+8，之前的int*则是+2

计算数组中元素个数可以这样：

int a[5];
int count = sizeof(a) / sizeof(int); // 5

但是堆上分配的就不行，比如在VS2019的x64中测试：

#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
	int a[5];
	cout << sizeof(a) / sizeof(int) << endl;;

	int* b = new int[5];
	cout << sizeof(b) / sizeof(int) << endl;;

	cin.get();
}

输出结果就是5和2，后者的b为指针，64位即8字节，所以得到2. 如果是x86即win32，就是1

而栈上数组的大小需要是编译期常量，比如可以这样：

constexpr int mSize = 5;
int a[mSize];

或是：

static const int mSize = 5;
int a[mSize];

C++11中的std::array有一些优点如：边界检查，记录数组大小，比如：

#include <iostream>
#include <array>

using namespace std;

int main()
{
	std::array<int, 5> test;
	cout << test.size() << endl;

	cin.get();
}

32. C++字符串

C++中有一种数据类型叫做char，是Character的缩写，这是一个字节的内存。它很有用因为它能把指针转换为char型指针，所以你可以用字节来做指针运算。它对于分配内存缓冲区也很有用，比如分配1024个char即1KB空间。它对字符串和文本也很有用，因为C++对待字符的默认方式是通过Ascii字符进行文本编码。我们在C++中处理字符是一个字符一个字节。Ascii可以扩展比如UTF-8、UTF-16、UTF-32，我们有wide string（宽字符串）等。我们有两个字节的字符、三个字节、四个字节的等等。

字符串实际上是字符数组，如一段很简单的程序：

我们看到报错，因为C++中默认的双引号就是一个字符数组const char*，并且末尾会补’\0’，而cout会输出直到’\0’才终止。

比如：

而进入调试界面输入name：

我们可以看到在hbh后面有一堆CC，输出为烫，这实际上是一个数组守卫，让我们直到内存是在我们的分配之外。每当我们在调试模式下分配数组，C标准库或者C++标准库，实际上会插入栈守卫之类的东西，这样我们就知道是不是在分配内存之外了。

我们正确的写法应该是：

或是：char name[4] = { ‘h’, ‘b’, ‘h’, ‘0’ }; , 因为ascii码0就是nul

C++标准库还有string，std::string是baseString类的模板版本，模板参数是char，是模板特化template specialization，它是一个char数组和一些函数用来操作这些数组。其cout的重载版本在头文件stiring中。

可以看到，上图是错误的，因为之前所述，” “就是const char数组，不能把两个数组（指针）直接相加，可以这样写：

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string name = std::string("hbh") + " hello";
	std::cout << name << std::endl;

	std::cin.get();
}

显示地调用string的构造函数，再+一个const char数组，这会带来一些额外开销（拷贝），但是也没太大关系，
或是写为：

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string name = "hbh";
	name += " hello";
	std::cout << name << std::endl;

	std::cin.get();
}

用string的运算符+=重载。

而用find去判断是否包含字符就可以这样：

bool contains = name.find("no") != std::string::npos;

最后，字符串复制实际上比较慢，如果可以就用const加引用方式传递。

33. C++字符串字面量

字符串字面量就是双引号balabala，比如"hbh"

而像下图这样操作，虽然有的编译器不会报错，但是这是C++未定义行为，有的编译器会完全禁止，不好。像我的连 char* name = “hbh”; 都会报错（vs2019，C++17标准）。

C++中还有别的一些字符串：

const char* name = "hbh";
const wchar_t* name2 = L"hbh";
const char16_t* name3 = u"hbh";
const char32_t* name4 = U"hbh";
const char* name5 = u8"hbh";

基本上，char是一个字节的字符，char16_t是两个字节的16个比特的字符（utf16），char32_t是32比特4字节的字符（utf32），const char就是utf8. 那么wchar_t也是两个字节，和char16_t的区别是什么呢？事实上宽字符的大小，实际上是由编译器决定的，可能是一个字节也可能是两个字节也可能是4个字节，实际应用中通常不是2个就是4个（Windows是2个字节，Linux是4个字节），所以这是一个变动的值。如果要两个字节就用char16_t，它总是16个比特的。

而在C++14中我们还能这样搞：

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	using namespace std::string_literals;

	std::string name0 = "hbh"s + " hello";

	std::cin.get();
}

string_literals中定义了很多方便的东西，这里字符串字面量末尾加s，可以看到实际上是一个操作符函数，它返回标准字符串对象（std::string）

然后我们就还能方便地这样写等等：

std::wstring name0 = L"hbh"s + L" hello";

然后还有补充，如R，可以忽略转义字符，

可以看我的笔记https://zhuanlan.zhihu.com/p/415910318：

最后，字符串字面量永远保存在内存的只读区域

char *p = “hello”; // p是一个指针，直接指向常量区，修改p【0】就是修改常量区的内容，这是不允许的。
char p[] = “hello”; // 编译器在栈上创建一个字符串p，把hello从常量区复制到p，修改p【0】就相当于修改数组元素一样，是可以的。

34. C++中的CONST

const首先作用于左边的东西；如果左边没东西，就做用于右边的东西

const被cherno称为伪关键字，因为它在改变生成代码方面做不了什么。有点像类和结构体的可见性。关键是，这是一个承诺，承诺一些东西是不变的，你是否遵守诺言取决于你自己。我们要保持const是因为这个承诺实际上可以简化很多代码。

并且常对象只能调用常函数，比如这样写就会报错：

正确方法是GetX方法类在后面加const（只有类才有这样的写法）：

然后有时我们就会写两个GetX版本，一个有const一个没有，然后下面这个传const+引用的方法就会调用const的GetX版本。

记住，总是标记你的方法为const，如果它们实际上没有修改类或者它们不应该修改类。否则在有常量引用或类似的情况下就用不了你的方法。

而如果要修改别的变量，可以用关键字mutable：

tips：
如果要同行的都是指针，应该这样写：

int* x, *y;

而：

int* x, y;

中的y只是一个int型变量，非指针。

35. C++的mutable关键字

mutable实际上有两种不同的用途：

1. 与const一起用，如34讲
2. lambda表达式，或者同时覆盖两种方法

第一种在34中已经讲过了，也是最主要的用法，下面来看第二种：

我们想值传递，但是却不可以++，正确写法是：

#include <iostream>

int main()
{
	int x = 8;
	auto f = [=]()
	{
		int y = x;
		y++;
		std::cout << y << std::endl;
	};

	f();

	std::cin.get();
}

但是这样写很繁琐，就出现mutable关键字了，本质是一样的：

#include <iostream>

int main()
{
	int x = 8;
	auto f = [=]() mutable
	{
		x++;
		std::cout << x << std::endl;
	};

	f();

	std::cin.get();
}

36. C++的成员初始化列表

有一件要注意的事情：在成员初始化列表里需要按顺序写。这很重要，因为不管你怎么写初始化列表，它都会按照定义类的顺序进行初始化。

比如上图在class Entity中先定义m_Score，再是m_Name，所以成员初始化列表也要按照这个顺序执行。如果打破这个顺序就会导致各种各样的依赖性问题。所以你要确保你做成员初始化列表时，要与成员变量声明时的顺序一致。

这个列表顺序可以随意，只不过有些编译器会警告，因为你不管怎么调换初始化顺序，编译器都会按照成员声明的时候的顺序进行初始化，所以就可能有个初始化先后顺序问题，导致某些依赖问题。

使用成员初始化列表，除了直观好看外，还有一个好处就是避开了一层性能浪费。如果是直接在构造函数中赋值，实际上的过程是先构造，之后再赋值。即以上图为例，二者区别是：
成员初始化列表：

std::string m_Name("Unknow");

构造函数内赋值：

std::string m_Name;
m_Name = std::string("Unknow");

前者效率高一些，因为只调用了一次构造函数，而后者有两次构造函数加拷贝赋值。

因此能使用成员初始化列表就一定要使用。

37. C++的三元操作符

实际上只是if的语法糖。

38. 创建并初始化C++对象

一般栈的效率高，但是栈通常非常小，通常是1兆2兆，这取决于你的平台和编译器。因此有时候可能由于空间大小我们会在堆分配内存。

因此C++中我们有两种选择方式：

// 栈中
Entity entity("hbh");

// 堆中
Entity* entity = new Entity("hbh");

在C#中有一种叫做struct的东西，它是基于值的类型，他们实际上是在栈上分配的，即使你用了new关键字；但是在Java中所有东西都在堆上。C#中所有的类都是在堆上分配的。

cherno看到的一个最大的问题，就是每个来自Java或C#的托管语言的人，都会在C++中到处使用new关键字。简单来说就是性能问题，在堆上分配要比栈花费更长的时间，而且在堆上分配的话，你必须手动释放被分配的内存。

最后，如果对象太大，或是需要显示地控制对象的生存期，那就用堆上创建；否则就栈上分配吧，栈上创建简单多了，也更快。

39. C++ new关键字

如果你来自Java或C#这样的托管语言，内存会自动清理。但在内存方面，你也没有那么多控制能力。

C++中，new一个对象，除了在堆中分配内存外，它还调用构造函数。
（当然也可以直接 int* b = new int; 但这不是new一个对象了）

new 是一个操作符，就像加、减、等于一样。它是一个操作符，这意味着你可以重载这个操作符，并改变它的行为。

通常调用new会调用隐藏在里面的C函数malloc，但是malloc仅仅只是分配内存然后给我们一个指向那个内存的指针，而new还会调用构造函数。同样，delete则会调用destructor析构函数。

当我们使用new时，内存未释放，它没有被标记为释放，它不会被放回空闲列表，所以就不能再被new调用后再分配，直到我们调用delete，我们必须手动操作。

很多C++的策略可以让这个过程自动化，比如基于作用域的指针。也有一些高级策略比如引用计数。

int* a = new int;
int* b = new int[50];

delete a;
delete[] b;

所谓的placement new，这就是要决定前面的内存来自哪里，所以你并没有真正的分配内存。在这种情况下，你只需要调用构造函数，并在一个特定的内存地址中初始化你的Entity，可以通过些new()然后指定内存地址，比如

int* b = new int[50]; 
Entity* entity = new(b) Entity();

40. C++隐式转换与explicit关键字

例子：

#include <iostream>

class Entity
{
private:
	std::string m_Name;
	int m_Age;
public:
	Entity(const std::string& name)
		: m_Name(name), m_Age(-1) {}

	Entity(int age)
		: m_Name("Unknown"), m_Age(age) {}
};

int main()
{
	Entity test1("hbh");
	Entity test2(21);
	Entity test3 = std::string("hbh");
	Entity test4 = 21;

	std::cin.get();
}

如上，在test4中，int型的21就被隐式转换为一个Entity对象。同时我们也能看到，对于语句
Entity test3 = "hbh"; 会报错，原因是只能进行一次隐式转换，hbh是const char数组，这里需要先转换为std::string，再从string转换为Entity变量，两次隐式转换是不行的，所以会报错。因此这里我写为了Entity test3 = std::string("hbh");

从cherno个人来说，他不会写Entity test4 = 21;这样的函数，他会尽量避免隐式转换。因为他觉得Entity test2(21);更清晰。

并且若构造函数写为explicit就会禁用这种隐式转换：

相应的更改方法可以写为：Entity test4 = (Entity)21;

41. C++运算符及其重载

运算符是我们使用给的一种符号，通常代替一个函数来执行一些事情。比如加减乘除、dereference运算符、箭头运算符、+=运算符、&运算符、左移运算符、new和delete、逗号、圆括号、方括号等等等等。

可以参考：https://en.cppreference.com/w/cpp/language/operators

运算符就是函数。运算符重载是一个非常有用的特性，但在Java等语言中不受支持，它在C#等语言中得到部分支持。C++给了我们完全的控制权。

在写库的时候，cherno喜欢函数和运算符重载这两种方法都写上，如下图：

那么之后就有两种写法：

不过显然第二种，也就是result2的写法比第一种看起来好太多了。

43. C++的对象生存期（栈作用域生存期）

每当我们在C++中进入一个作用域，我们是在push栈帧。它不一定非得是将数据push进一个栈帧。

栈上变量自动销毁，在很多方面都很有用，可以帮助我们自动化代码。比如类的作用域，比如像智能指针unique_ptr，这是一个作用域指针，或者像作用域锁（scoped_lock）。

但最简单的例子可能是作用域指针，它基本上是一个类，它是一个指针的包装器，在构造时用堆分配指针，然后在析构时删除指针，所以我们可以自动化这个new和delete。

例子：

#include <iostream>

class Entity
{
private:

public:
	Entity()
	{
		std::cout << "Create!" << std::endl;
	}

	~Entity()
	{
		std::cout << "Destroy!" << std::endl;
	}
};

class ScopedPtr
{
private:
	Entity* m_Ptr;
public:
	ScopedPtr(Entity* ptr)
		: m_Ptr(ptr)
	{
	}

	~ScopedPtr()
	{
		delete m_Ptr;
	}
};

int main()
{
	{
		ScopedPtr test = new Entity();
	}

	std::cin.get();
}

可以看到，ScopedPtr就是我们写的一个最基本的作用域指针，由于其是在栈上分配的，然后作用域结束的时候，ScopedPtr这个类就被析构，析构中我们又调用delete把堆上的指针删除内存。

44. C++的智能指针

智能指针本质上是原始指针的包装。当你创建一个智能指针，它会调用new并为你分配内存，然后基于你使用的智能指针，这些内存会在某一时刻自动释放。

unique_ptr是作用域指针，意味着超出作用域时，它会被销毁然后调用delete。
例子：

#include <iostream>
#include <memory>

class Entity
{
private:

public:
	Entity()
	{
		std::cout << "Create!" << std::endl;
	}

	~Entity()
	{
		std::cout << "Destroy!" << std::endl;
	}
};

int main()
{
	{
		std::unique_ptr<Entity> test1(new Entity());
		std::unique_ptr<Entity> test2 = std::make_unique<Entity>();
	}

	std::cin.get();
}

但是为了异常安全，一般我们使用std::make_unique

shared_ptr实现的方式实际上取决于编译器和你在编译器中使用的标准库。
例子：

#include <iostream>
#include <memory>

class Entity
{
private:

public:
	Entity()
	{
		std::cout << "Create!" << std::endl;
	}

	~Entity()
	{
		std::cout << "Destroy!" << std::endl;
	}
};

int main()
{
	{
		std::shared_ptr<Entity> e0;
		{
			std::shared_ptr<Entity> sharedEntity = std::make_shared<Entity>();
			e0 = sharedEntity;
		}
	}

	std::cin.get();
}

同样我们还能赋值给wek_ptr：

{
	std::shared_ptr<Entity> e0;
	{
		std::shared_ptr<Entity> sharedEntity = std::make_shared<Entity>();
		std::weak_ptr<Entity> weakEntity = sharedEntity;
		e0 = sharedEntity;
	}
}

当你将一个shared_ptr赋值给另外一个shared_ptr，引用计数++，而若是把一个shared_ptr赋值给一个weak_ptr时，它不会增加引用计数。这很好，如果你不想要Entity的所有权，就像你可能在排序一个Entity列表，你不关心它们是否有效，你只需要存储它们的一个引用就可以了。

尽量使用unique_ptr因为它有一个较低的开销，但如果你需要在对象之间共享，不能使用unique_ptr的时候，就使用shared_ptr

46. C++的箭头操作符

回到43我们所讲的ScopedPtr，这里我们可以进一步对其进行operator->的重载：

#include <iostream>

class Entity
{
private:

public:
	Entity()
	{
		std::cout << "Create!" << std::endl;
	}

	~Entity()
	{
		std::cout << "Destroy!" << std::endl;
	}

	void Print()
	{
		std::cout << "Hello!" << std::endl;
	}
};

class ScopedPtr
{
private:
	Entity* m_Ptr;
public:
	ScopedPtr(Entity* ptr)
		: m_Ptr(ptr)
	{
	}

	~ScopedPtr()
	{
		delete m_Ptr;
	}

	Entity* operator->()
	{
		return m_Ptr;
	}
};

int main()
{
	{
		ScopedPtr test = new Entity();
		test->Print();
	}

	std::cin.get();
}

进一步我们可以写为const版本的：

#include <iostream>

class Entity
{
private:

public:
	Entity()
	{
		std::cout << "Create!" << std::endl;
	}

	~Entity()
	{
		std::cout << "Destroy!" << std::endl;
	}

	void Print() const 
	{
		std::cout << "hello!" << std::endl;
	}
};

class ScopedPtr
{
private:
	Entity* m_Ptr;
public:
	ScopedPtr(Entity* ptr)
		: m_Ptr(ptr)
	{
	}

	~ScopedPtr()
	{
		delete m_Ptr;
	}

	Entity* operator->()
	{
		return m_Ptr;
	}

	const Entity* operator->() const
	{
		return m_Ptr;
	}
};

int main()
{
	{
		const ScopedPtr test = new Entity();
		test->Print();
	}

	std::cin.get();
}

然后还有一个我没有理解的诡异用法：

#include <iostream>

struct Vector3
{
	float x, y, z;
};

int main()
{
	int offset = (int)&((Vector3*)0)->x;
	std::cout << offset << std::endl;

	std::cin.get();
}

这样就取得了struct内部各个变量的偏移量：x为0，y为4（字节），z为8

当然还能写为int offset = (int)&((Vector3*)nullptr)->x;

b站评论解释（https://www.bilibili.com/video/BV1X5411E77g?spm_id_from=333.999.0.0）：

因为指针-属性访问属性的方法实际上是通过把指针的值和属性的偏移量相加，得到属性的内存地址进而实现访问。
而把指针设为nullptr(0)，然后-属性就等于0+属性偏移量。编译器能知道你指定属性的偏移量是因为你把nullptr转换为类指针，而这个类的结构你已经写出来了(float x,y,z)，float4字节，所以它在编译的时候就知道偏移量(0,4,8)，所以无关对象是否创建

48. C++的stdvector使用优化

实例代码：

#include <iostream>
#include <vector>

struct Vertex
{
	float x, y, z;

	Vertex(float x, float y, float z)
		: x(x), y(y), z(z)
	{
	}

	Vertex(const Vertex& vertex)
		: x(vertex.x), y(vertex.y), z(vertex.z)
	{
		std::cout << "Copied!" << std::endl;
	}
};

int main()
{
	std::vector<Vertex> vertices;
	vertices.push_back({ 1, 2, 3 });
	vertices.push_back({ 4, 5, 6 });
	vertices.push_back({ 7, 8, 9 });

	std::cin.get();
}

可以看到运行结果：

有6次拷贝，这里首先是initializer_list去初始化一个Vertex类，但是实际上只是一个临时对象。

我的环境是VS2019，x64，C++17标准，经过测试vector扩容因子为1.5，初始的capacity为0.

第一次push_back，capacity扩容到1，临时对象拷贝到真正的vertices所占内存中，第一次Copied；第二次push_back，发生扩容，capacity扩容到2，vertices发生内存搬移发生的拷贝为第二次Copied，然后再是临时对象的搬移，为第三次Copied；接着第三次push_back，capacity扩容到3（2*1.5 = 3，3之后是4，4之后是6…），vertices发生内存搬移发生的拷贝为第四和第五个Copied，然后再是临时对象的搬移为第六个Copied；

若是首先vertices.reserve(3);，改变的为capacity的大小，变为3；所以没有发生vertices扩容带来的Copied，因此只有三次临时对象的搬移；

而如果改为emplace_back，则是直接在vertices的内存中调用Vertex的构造函数，那自然没有临时对象的搬移，所以没有Copied。

那么emplace_back这要怎么做到呢，可以用placement new。

placement new允许我们将对象构建在已经分配的内存中，比如我写的一个示例：

char* BufferPtr = new char[10];
Vertex* PlacementVertexPtr = new(BufferPtr) Vertex(1, 2, 3);
std::cout << PlacementVertexPtr->y << std::endl;

并且，如果我们写的是vertices.emplace_back(Vertex(1, 2, 3));，则仍然会发生临时对象的搬移，仍然会带来拷贝。

49. C++中使用库（静态链接）

对于其他语言，比如Java、C#或python等，添加库是一项非常简单的任务。你可能用的是包管理器，也可能不是，但无论如何都是很简单的。

对于C++库，cherno倾向于在实际解决方案中的实际项目文件夹中，保留使用的库的版本。所以cherno实际上有那些物理二进制文件或代码的副本，这取决于在解决方案的实际工作目录中使用的方法。

对于大多数严肃的项目，cherno绝对推荐，实际构建源代码。如果是用VS，则可以添加另一个项目，该项目包含你的依赖库的源代码，然后将其编译为静态或动态库。

然而，如果拿不到源代码，或者这只是一个快速项目，不想花太多时间去设置，因为这是一种一次性的东西，或者只是一个不那么重要的项目，那么cherno可能倾向于链接二进制文件，因为它会更快更容易。

这一节将以二进制文件形式进行链接，而不是获取实际依赖库的源代码并自己进行编译。而在一个更加专业的大项目中，在有时间的地方，cherno肯定会自己编译它，因为它有助于调试，并且如果想修改库可以稍微改变一下。

比如以GLFW库为例：

对于Windows的这些二进制文件，是拿32位的还是64位的呢？这与你实际的操作系统没有任何关系，而是和你的目标应用程序相关。 如果你正在编译的应用程序是win32程序（x86），那么就要32位的二进制文件，当然你的操作系统却很可能是win10 64位。

库通常包含两部分：include和library（包含目录和库目录）。包含目录是一堆头文件。基本上include目录是一堆我们需要使用的头文件，这样我们就可以实际使用预构建的二进制文件中的函数，然后lib目录有那些预先构建的二进制文件。这里通常有两部分：dynamic library和static library。可以选择静态链接或动态链接（不是所有的库都提供了这两种方式）

静态链接意味着这个库会被放到你的可执行文件中，它在你的exe文件中，或者其他操作系统下的可执行文件。而动态链接库是在运行时被链接的，所以你仍然有一些链接，你可以选择在程序运行时装载动态链接库。有一个叫做loadLibrary的函数，你可以在WindowsAPI中使用它作为例子。它会载入你的动态库，可以从中拉出函数，然后开始调用函数。也可以在应用程序启动时加载你的dll文件，这就是动态链接库。最主要的区别就是库文件是否被编译到exe文件中或链接到exe文件中，还是只是一个单独的文件在运行时需要把它放在你的exe文件旁边或某个地方，然后你的exe文件可以加载它。

静态链接在技术上更快，因为编译器或链接器实际上可以执行链接时优化之类的。静态链接在技术上可以产生更快的应用程序。

我们有include files，然后还有库文件，两种文件都需要设置。

C++创建一个动态链接库，编译后会生成两个可用的文件一个是lib文件一个是dll文件，那么这个lib文件是干嘛的呢？
在使用动态库的时候，往往提供两个文件：一个引入库和一个DLL。引入库包含被DLL导出的函数和变量的符号名，DLL包含实际的函数和数据。在编译链接可执行文件时，只需要链接引入库，DLL中的函数代码和数据并不复制到可执行文件中，在运行的时候，再去加载DLL，访问DLL中导出的函数。
1． Load-time Dynamic Linking 载入时动态链接
这种用法的前提是在编译之前已经明确知道要调用DLL中的哪几个函数，编译时在目标文件中只保留必要的链接信息，而不含DLL函数的代码；当程序执行时，利用链接信息加载DLL函数代码并在内存中将其链接入调用程序的执行空间中，其主要目的是便于代码共享。
2． Run-time Dynamic Linking 运行时动态链接
这种方式是指在编译之前并不知道将会调用哪些DLL函数，完全是在运行过程中根据需要决定应调用哪个函数，并用LoadLibrary和GetProcAddress动态获得DLL函数的入口地址。

50. C++中使用动态库

叫动态链接是因为链接发生在运行时，而静态链接是在编译时发生的。

当你编译一个静态库的时候，将其链接到可执行文件，也就是应用程序，或者链接到一个动态库。这有点像，你取出那个静态库的内容，然后你把这些内容放入到其他的二进制数据中。它实际上在你的动态库中或者在你的可执行文件中。正因为如此有很多优化可能会发生，因为编译器和链接器（特别是链接器）现在完全知道，静态链接时实际进入应用程序的代码。

对于Load-time Dynamic Linking，因为可执行文件知道动态链接库的存在（比如Windows弹出缺少balabala dll文件），可执行文件实际上把动态库作为一项需要，虽然动态库仍然是一个单独的文件、一个单独的模块，并且在运行时加载；对于Run-time Dynamic Linking，即也可以完全动态地加载动态库，这样可执行文件就与动态库完全没有任何关系了，你可以启动你的可执行文件，你的应用程序，它甚至不会要求你包含一个特定的动态库，但是在你的可执行文件中你可以写代码，去查找并在运行时加载某些动态库，然后获取函数指针或任何你需要的那个动态库中的东西，然后使用那个动态库。

对于动态库，其中之一是“静态的”动态库的版本，我的应用程序现场需要这个动态链接库，我已经知道里面有什么函数我可以使用什么；然后另一个版本是我想任意加载这个动态库，我甚至不知道里面有什么，但我想取出一些东西，或者我想用它做很多事情。

比如这里用前者，即应用程序现场需要这个动态链接库，我已经知道里面有什么函数我可以使用什么。

那么一般我们就有一个dll和一对应的lib文件，它们是同时编译的，它们是直接相关的，这个lib就包含被DLL导出的函数和变量的符号名，DLL包含实际的函数和数据。在编译链接可执行文件时，只需要链接引入库，DLL中的函数代码和数据并不复制到可执行文件中，在运行的时候，再去加载DLL，访问DLL中导出的函数。

你可以在整个应用程序中设置库搜索位置，但是在可执行文件的根目录下也就是包含你的程序的目录，是一种自动搜索路径，如果把他们（即dll和exe）放到同一个文件夹里肯定没问题。

51. C++中创建与使用库（VisualStudio多项目）

以我之前的dx12 YEngine的小项目为例：
solution->add->new project：


然后在game->add->refference下添加：


这样VS就会自动帮我们链接处理。

然后在头文件中引入YEngine的文件夹，注意要相对路径：

Cherno没有说在vs中生成dll并使用的方式，
如果只是简单的将项目生成为dll，则不会输出lib文件，也就无法在其他项目中静态链接项目dll。
解决的办法是在dll项目中，在声明和定义的函数前均加上__declspec(dllexport)，即可同时生成dll与lib。

52. C++中如何处理多返回值

法一：传引用或者指针。cherno个人喜欢在前面添加前缀out，比如outA

法二：直接返回一个数组。当然这不通用，因为必须要同一种类型。


cherno个人不喜欢这种方法。

或者写为：


当然还能写为vector，不过array会在栈上创建，而vector会把它的底层存储在堆上，所以从技术上来讲返回std::array会更快。

法三：tuple或pair
我的tuple的一个小笔记：https://zhuanlan.zhihu.com/p/415508858
std::make_tuple，取的时候用std::get、std::tie之类的。

法四：定义一个结构体，然后返回

53. C++的模板

模板有点像宏，它可以让你做很多事，然而泛型却非常受制于类型系统以及其他很多因素，模板templates要强大的多。

54. C++的堆与栈内存的比较

在应用程序启动后，操作系统要做的就是：它会将整个程序加载到内存并分配一大堆物理ram以便使我们的应用程序可以运行。

栈和堆是ram中实际存在的两个区域：栈通常是一个预定义大小的内存区域，通常约为2兆字节左右；堆也是一个预定义了默认值的区域，但是它可以生长，并随着应用程序的进行而改变。重要的是要知道这两个区域的实际位置（物理位置）在我们的ram中是完全一样的。这两个内存区域的实际位置都在我们的内存中。

如上图这个程序，标红的是array[4]所在地址，往后是几个cc，之后是int value的值05 00 00 00.这些cc是因为我们在调试模式下运行的，它实际上只是添加了安全守卫（safety guards）在所有的变量周围以确保我们不会溢出所有的变量，在错误的内存中访问它们以及诸如此类的东西。

可以看到栈上分配的内存都挨着的，因为就是栈顶指针移动这么多字节。并且可以看到，更高的内存地址是第一个变量value，然后是array数组在其较低的地址，因为它是反向生长的。因为栈只是把东西堆在一起，所以很快。它就像一条cpu指令，我们所做的就是移动栈指针，然后我们返回栈指针的地址。

而对于堆分配，则不会是紧挨着的：

这里使用的是new关键字，然而如果使用智能指针，用make_unique或者make_shared等函数，这都是一样的，它会为你调用new。其次当然是需要delete你使用new分配的内存，智能指针可以为你做这个（释放内存），而对于上图则需要写：

而对于栈，释放内存没有任何开销，因为栈释放内存与分配一样，不需要将栈指针反向移动然后返回栈指针地址，在这里我们只需要弹出栈中的东西，我们的栈指针自然就回到了作用域开始之前。一条CPU的删除指令就可以释放所有东西。

对于new关键字，其实际上调用了malloc（memory allocate的缩写），这样做通常会调用底层操作系统或平台的特定函数，这将在堆上为你分配内存。它这样做的方式是，当你启动你的应用时，你会得到一定数量的物理ram分配给你，你的程序会维护一个叫做空闲列表（free list）的东西，它是跟踪哪些内存块是空闲的，还有他们在哪里等等。所以当你使用malloc请求堆内存时，它可以浏览空闲列表，然后找到一块空闲内存至少和你要的一样大，我会给你们它的一个指针，然后还要记录比如分配的大小和它现在被分配的情况，有一堆记录要做。

因此，在堆上分配内存是一堆的事情，而在栈上分配内存，就像一条CPU指令。除此之外，栈上分配内存因为都是连续的，所以可以放在cpu缓存线上（Cache Line，可以理解为CPU Cache中的最小缓存单位）。因此在栈中分配可能不会得到cache miss而堆中分配则有可能（少量的cache miss没啥，大量就有点影响了）。因此它们之间最大的影响是分配的过程。

我们可以这样设置去观察汇编：

下面是debug模式生成的汇编，可能会有一些额外的东西。

栈上分配：

而在堆中分配，需要调用整个操作符new，然后接着new又调用malloc，然后显然要去空闲列表去检查我们是否有足够的内存然后得到内存，然后记录balabala：

55. C++的宏

#开头的都是预处理器去处理的。

56. C++的auto关键字

要注意的就是，要传引用时要在后面加&，比如const auto& ...

57. C++的静态数组（std array)

用std::array的好处：我们可以通过.size()去访问它的大小，并且它是在栈上创建的。

58. C++的函数指针

这一节讲的是原始风格的函数指针，来自于C语言。

函数指针，是将一个函数赋值给一个变量的方法。

示例：

#include <iostream>
#include <string>

void foo(std::string testStr)
{
	std::cout << testStr << std::endl;
}


int main()
{
	std::string testStr = "Hello!";

	// 第一种，auto
	auto foo1 = foo;
	foo1(testStr);

	// 第二种，函数指针变量
	void(*FuncPtrVariable)(std::string);
	FuncPtrVariable = foo;
	FuncPtrVariable(testStr);

	// 第三种，改变第二种的形式，表现的更自然
	typedef void(*FuncPtrType)(std::string);
	FuncPtrType FuncPtrTest = foo;
	FuncPtrTest("Test");

	std::cin.get();
}

一个更实际一点的例子：

当然还可以用lambda函数：

59. C++的lambda

lambda本质上是我们定义一种叫做匿名函数的方式。

只要你有一个函数指针，你都可以在C++中使用lambda，这就是它的工作原理。所以lambda是我们不需要通过函数定义就可以定义一个函数的方法。lambda的用法是，在我们会设置函数指针指向函数的任何地方，我们都可以将它设置为lambda

更改58讲的最后一个例子如下：

参考一下麦老师的回答：
https://www.zhihu.com/question/314660217/answer/617183149

其他常用到lambda的比方说：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <algorithm>

int main()
{
	std::vector<int> values = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	std::vector<int>::iterator it = std::find_if(values.begin(), values.end(), [](int value) { return value > 3; });
	std::cout << *it << std::endl;

	std::cin.get();
}

61. C++的名称空间

在嵌套的名称空间中这样写蛮有效的：

#include <iostream>

namespace namespace_a
{
	namespace namespace_b
	{
		void foo()
		{
			std::cout << "hello!" << std::endl;
		}
	}
}

int main()
{
	namespace hbh = namespace_a::namespace_b;
	hbh::foo();

	std::cin.get();
}

namespace在特定的作用域内有效。

对于using namespace，你要尽量将这些限制在一个小的作用域下。如果可以比如说就在一个if内或者一个function内部写。永远不要在头文件里头用using namespace。

62. C++的线程

https://zhuanlan.zhihu.com/p/415910318
比如std::thread worker(DoWork)，其接受一个函数指针DoWork：

等待一个线程完成它的工作的方法是.join();

一个示例代码（一直打印一行，直到我们按下回车才停止）：

#include <iostream>
#include <thread>

static bool s_Finished = false;

void DoWork()
{
	using namespace std::literals::chrono_literals;

	while (!s_Finished)
	{
		std::cout << "Working...\n";
		std::this_thread::sleep_for(1s);
	}
}


int main()
{
	std::thread worker(DoWork);

	std::cin.get();
	s_Finished = true;

	worker.join();
	std::cout << "Finised!" << std::endl;

	std::cin.get();
}

63. C++的计时

C++11后有chrono，它是C++库的一部分，不需要去使用操作系统库。 但是在这之前如果想要一个非常精确的计时器，那么需要使用操作系统库。例如Windows中有QueryPerformanceCounter，事实上如果想要更多地控制计时，控制CPU的计时能力，那么你可能会使用平台特定的库。

然而这一讲主要看一看这种平台无关的C++标准库方法：

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <thread>

int main()
{
	using namespace std::literals::chrono_literals;

	auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now(); // 当前时间
	std::this_thread::sleep_for(1s);
	auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();

	std::chrono::duration<float> duration = end - start;
	std::cout << duration.count() << "s " << std::endl;

	std::cin.get();
}

运行结果：

chrono库非常好，可以高精度计时，它几乎适用于所有平台。所以建议使用这个方法来满足你所有的时间（计时）需求，除非你正在做一些特定的底层的事情。

std::endl因为某些原因非常慢，处于优化换成\n，并且包装一个结构体：

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <thread>

struct Timer
{
	std::chrono::time_point<std::chrono::steady_clock> start, end;
	std::chrono::duration<float> duration = end - start;

	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!\n";
	}
}

int main()
{
	Function();

	std::cin.get();
}

许多ide还有插码（instrumentation），可以用它来实际修改源代码，以包含某种分析工具，比如这个计时工具。

64. C++多维数组

示例：

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;

65. C++的排序

示例代码：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

int main()
{
	std::vector<int> values = { 3, 5, 1, 4, 2 };
	std::sort(values.begin(), values.end(), [](int a, int b)
	{
		// 返回true意味着a排在前面

		// 1 排在末尾
		if (a == 1)
			return false;
		if (b == 1)
			return true;

		// 剩下的从小到大排
		return a < b;
	});

	for (int value : values)
		std::cout << value << std::endl;

	std::cin.get();
}

运行结果：

66. C++的类型双关

类型双关（type punning）只是一个花哨的术语，用来在C++中绕过类型系统。

C++是一个强类型语言，也就是说我们有一个类型系统。而像JavaScript就没有变量类型的概念。

然而，C++的这种类型系统并不像在其他语言中那样强制，比如Java，它们的类型很难绕开，包括C#也是，你虽然也可以绕开类型系统，但要做更多的工作。在C++中虽然类型是由编译器强制执行的，但你可以直接访问内存。

把一个int型的内存，换成double去解释，当然这样做很糟糕，因为添加了四字节不属于原本自己的内存，只是作为演示。
最原始的方法：
（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();
}

而如果只是想针对int的这四个字节，就可以用引用，而不是拷贝成一个新的变量：
（当然也只是处于演示，这样做是糟糕的）

#include <iostream>

int main()
{
	int a = 50;
	double& value = *(double*)&a;
	std::cout << value << std::endl;

	std::cin.get();
}

还有一些演示的骚操作，比如：

67. C++的联合体

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。

基本演示：

#include <iostream>

int main()
{
	struct Union
	{
		union
		{
			float a;
			int b;
		};
	};

	Union u;
	u.a = 2.0f;
	std::cout << u.a << ", " << u.b << std::endl;

	std::cin.get();
}

一个更实用点的例子：

struct Vector2
{
	float x, y;
};

struct Vector4
{
	union
	{
		struct
		{
			float x, y, z, w;
		};
		struct 
		{
			Vector2 a, b;
		};
	};
};

68. C++的虚析构函数

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。

如果用基类指针来引用派生类对象，那么基类的析构函数必须是 virtual 的，否则 C++ 只会调用基类的析构函数，不会调用派生类的析构函数。

示例：

#include <iostream>

class Base
{
public:
	Base() { std::cout << "Base Constructor\n"; }
	virtual ~Base() { std::cout << "Base Destructor\n"; }
};

class Derived : public Base
{
public:
	Derived() { m_Array = new int[5]; std::cout << "Derived Constructor\n"; }
	~Derived() { delete[] m_Array; std::cout << "Derived Destructor\n"; }
private:
	int* m_Array;
};

int main()
{
	Base* base = new Base();
	delete base;
	std::cout << "------------------------\n";
	Derived* derived = new Derived();
	delete derived;
	std::cout << "------------------------\n";
	Base* poly = new Derived();
	delete poly;

	std::cin.get();
}

https://www.zhihu.com/question/268022905/answer/332152539

利用虚函数可实现多态，从基类指针调用分派到子类的函数。
唯一差别是，每个析构函数结束时会自动（隐含地）调上父类的析构函数，而普通虚函数并不会。

69. C++的类型转换

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;

C++风格，四种主要的cast：
static_cast、reinterpret_cast、dynamic_cast、const_cast共四种主要的cast

必须认识到的是，它们不做任何C风格类型转换不能做的事情。即它们可能会做其他的事情，但是实际的结果也只是一个成果的类型转换而已，C风格的强制转换可以实现所有这些（语法糖）。

在静态类型转换的情况下（static_cast），它们还会做一些其他的编译时检查，看看这种转换是否真的可能；reinterpret_cast则如单词reinterpret的重新解释意思一样，联系类型双关；const_cast，移除或者添加变量的const限定。

搞这么多cast的好处是，除了可能收到的那些编译时检查以外，还可以在代码库中搜索它们。

例子：

如上报错，因为有编译时检查，它知道我们不能做某些转换。而若改为reinterpret_cast则无报错，普通的C风格转换也一样，会默认做reinterpret_cast会做的事情：

对于dynamic_cast，示例：

#include <iostream>

class Base
{
public:
	Base() { }
	virtual ~Base() { }
};

class Derived : public Base
{
public:
	Derived() { }
	~Derived() { }
};

class AnotherClass : public Base
{
public:
	AnotherClass() { }
	~AnotherClass() { }
};

int main()
{
	Derived* derived = new Derived();

	Base* base = derived;

	std::cin.get();
}

我们看到，有Derived和AnotherClass同时继承Base，通过Base* base = derived;我们有了base指针，那么有了这个指针后，我们怎样判定这个指针是一个Derived的实例呢还是一个AnotherClass类的实例呢？

这时候用dynamic_cast，它做的就不仅是问这个问题，而且还会尝试去做转换，如果失败还会做一些事情。

#include <iostream>

class Base
{
public:
	Base() { }
	virtual ~Base() { }
};

class Derived : public Base
{
public:
	Derived() { }
	~Derived() { }
};

class AnotherClass : public Base
{
public:
	AnotherClass() { }
	~AnotherClass() { }
};

int main()
{
	Derived* derived = new Derived();

	Base* base = derived;

	AnotherClass* ac = dynamic_cast<AnotherClass*>(base);
	if (ac)
	{
		std::cout << "This is the AnotherClass" << std::endl;
	}
	else
	{
		std::cout << "This is the Derived" << std::endl;
	}

	std::cin.get();
}

比如这里，我们知道base其实是一个Derived指针，因此这里dynamic_cast<AnotherClass*>(base)会失败，得到的ac就会是nullptr，因此会打印This is the Derived。

所以dynamic_cast是一个很好的方法，来查看转换是否成功。它与运行时类型信息RTTI（runtime type information）紧密联系。它会做运行时检查。

const_cast是用来添加或移除const修饰符的，你可以用它来隐式添加const，但大部分情况下是用来移除const的：
代码来源：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/369369830

#include<iostream>
using namespace std;

void ConstTest1() 
{
    const int a = 1;
    int* p;
    p = const_cast<int*>(&a);
    (*p)++;
    cout << a << endl;
    cout << *p << endl;
}

void ConstTest2() 
{
    int i = 3;
    const int a = i;
    int& r = const_cast<int&>(a);
    r++;
    cout << a << endl;
}

int main() {
    ConstTest1();
    ConstTest2();
    return 0;
}

输出：
1
2
4
解释为什么输出4：
当常变量为 const int a = i 时，直接输出 i 时，编译器不能进行优化，也就是不能够直接用i代替a；
当常变量为 const int a = 5 时，直接输出 a 时，编译器会进行优化，也就是用文字常量5直接代替a；

因此若是写为：

void ConstTest2() 
{
    const int a = 3;
    int& r = const_cast<int&>(a);
    r++;
    cout << a << endl;
}

则运行结果依然是3，因为被编译器优化了。

70. 条件与操作断点

加了断点之后，注意这个conditions和actions：

再点一下可以看到：

我们可以将条件和操作一起用。并且还有Contunue execution的功能。

比如可以这样写：

然后每次运行到这里就能打印出鼠标坐标，非常方便。

还能添加条件：

那么此时就是当x大于500的时候才打印。

71. 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

72. C++的预编译头文件

以之前的YEngine的项目为例：

添加预编译头文件

没啥好说的，就是预编译成pch二进制文件以提升速度。唯一要提的就是，我在YEngine中添加了 pch.h与pch.cpp，貌似预编译后所有cpp文件都必须要包含 pch.h 才行，否则会报错。

pch.cpp设置：

YEngine设置：

这里我其他cpp文件所包含的头文件我没有删，比如我在pch.h中已经包含Windows头文件了，但是我在GameTimer.cpp中仍然包含它：

因为我想反正头文件重复包含在 #pragma once 或是 #ifndef #define 中已经处理了，没几下的事，而我把它所依赖的写进来看的将会更加清晰，不知道理解的对不对，反正我这样做了。

73. C++的dynamic_cast

dynamic_cast是专门用于沿继承层次结构进行的强制类型转换。并且dynamic_cast只用于多态类类型。

因此必须要让基类有虚表。这样就有了需要重写的东西，这意味着它是多态类型。

在69节中曾说过：dynamic_cast与运行时类型信息RTTI（runtime type information）紧密联系。它会做运行时检查。它存储我们的所有类型的运行时类型信息，这是增加开销的，但它可以让你做动态类型转换之类的事情。

这里有两件事需要考虑：
首先，RTTI增加了开销，因为类型需要存储更多关于自己的信息；其次，dynamic_cast也需要时间，因为我们需要检查类型信息是否匹配，这个实体是敌人还是玩家，是什么类型的？

我们也可以在代码中关闭运行时类型信息，如果我们不需要它的话：

也可以这样写代码：

if (dynamic_cast<Player*>(actuallyEnemy))
{

}

不过还是这样更常见：

Player* p0 = dynamic_cast<Player*>(actuallyEnemy);
if (p0)
{

}

但要注意，动态强制转换确实会产生成本，所以如果你只想优化，如果你想要编写非常快的代码，你可能会想要避免这种情况。