一、STL
标准模板库（Standard Template Library）包含了很多实用的组件，利用这些组件，程序员编程更加方便高效
1.1 STL的基本组成部分是什么？
容器、迭代器、算法是STL的三个基本组成部分
容器：是对象的集合，举例：vector、list、stack、queue、set、map、deque
迭代器：面向对象版本的指针，STL算法通过迭代器在容器上进行操作
算法：对容器进程处理的函数，如：for_each、copy、sort、merge、search
1.2 vector容器
与数组类似，包涵一组地址连续的存储单元。
insert() 在指定位置插入n个元素 有三种用法
erase() 删除指定位置或者区间内元素 有两种用法
at() 返回指定位置的元素，比数组更加安全，不会访问越界的元素
max_size()返回最多容纳元素
size() 返回当前元素数量
capacity()返回所能容纳元素数量（不重新分配内存的情况）
empty()判断是否为空
push_back 末尾添加一个元素
pop_back() 删除最后一个元素
1.3 list容器
max_size()返回最多容纳元素
size() 返回当前元素数量
empty()判断是否为空
insert() 插入
remove() 删除
1.4 容器适配器
C++提供的3中模板类，与容器结合，提供栈、队列、优先队列的功能
-
栈（stack）：是一种访问受限的容器，只允许在存储区一端进行插入和删除，后进先出
常用操作：判空empty()、获取元素个数size()、退栈（不返回值）pop()、取栈顶元素top()、进栈push()。 -
队列（queue）：访问受限容器、符合先进先出，只允许在两端进行插入删除
常用操作：判空empty()、获取元素个数size()、出队列（不返回值）pop()、取队头元素（不删除队头元素）front()、进队列（在队尾插入新元素）push()、返回队尾元素（不删除队尾元素）back()。 -
优先队列（priority_queue）：出队时，最大元素先出队
常用操作：判空empty()、获取元素个数size()、出队列（不返回值）pop()、进队列（在队尾插入新元素）push()、返回队头元素（不删除元素）top()。
1.5 deque容器
双端队列，两头皆可插入删除，容器内部分配策略和操作的性能，deque比vector较有优势
访问：判空empty()、max_size()返回最多容纳元素、获取元素个数size()。
存取：push_back、push_front、insert、pop_back、pop_front、erase、begin、end、rbegin、rend、size、maxsize。
1.6 关联式容器
set、multiset、map、multimap
二、C++11
2.1 auto类型推导
在之前的 C++ 版本中，auto 关键字用来指明变量的存储类型，它和 static 关键字是相对的。auto 表示变量是自动存储的，这也是编译器的默认规则，所以写不写都一样，一般我们也不写，这使得 auto 关键字的存在变得非常鸡肋。
C++11 赋予 auto 关键字新的含义，使用它来做自动类型推导。也就是说，使用了 auto 关键字以后，编译器会在编译期间自动推导出变量的类型，这样我们就不用手动指明变量的数据类型了。
auto的限制
-
auto 不能在函数的参数中使用。
-
auto 不能作用于类的非静态成员变量（也就是没有 static 关键字修饰的成员变量）中。
-
auto 关键字不能定义数组，比如下面的例子就是错误的：
char url[] = "http://c.biancheng.net/";
auto str[] = url; //arr 为数组，所以不能使用 auto
- auto 不能作用于模板参数，请看下面的例子：
template <typename T>
class A{
//TODO:
};
int main(){
A<int> C1;
A<auto> C2 = C1; //错误
return 0;
}
auto 的应用
auto 的一个典型应用场景是用来定义 stl 的迭代器。
auto 的另一个应用就是当我们不知道变量是什么类型，或者不希望指明具体类型的时候，比如泛型编程
2.2 decltype类型推导
auto 并不适用于所有的自动类型推导场景，在某些特殊情况下 auto 用起来非常不方便，甚至压根无法使用，所以引入 decltype，格式如下
decltype(exp) varname;
举例：
int a = 0;
decltype(a) b = 1; //b 被推导成了 int
decltype(10.8) x = 5.5; //x 被推导成了 double
decltype(x + 100) y; //y 被推导成了 double
推导规则
- 如果 exp 是一个不被括号( )包围的表达式，或者是一个类成员访问表达式，或者是一个单独的变量，那么 decltype(exp) 的类型就和 exp 一致，这是最普遍最常见的情况。
- 如果 exp 是函数调用，那么 decltype(exp) 的类型就和函数返回值的类型一致。
- 如果 exp 是一个左值，或者被括号( )包围，那么 decltype(exp) 的类型就是 exp 的引用；假设 exp 的类型为 T，那么 decltype(exp) 的类型就是 T&。
2.3 返回值类型后置/跟踪返回值类型
在泛型编程中，可能需要通过参数的运算来得到返回值的类型。
举例1：
template <typename T, typename U>
auto add(T t, U u) -> decltype(t + u)
{
return t + u;
}
举例2：
int& foo(int& i);
float foo(float& f);
template <typename T>
auto func(T& val) -> decltype(foo(val))
{
return foo(val);
}
2.4 using定义别名
在 C++ 中可以通过 typedef 重定义一个类型，但是我们需要的其实是一个固定以 std::string 为 key 的 map，它可以映射到 int 或另一个 std::string。然而这个简单的需求仅通过 typedef 却很难办到。
使用举例：
// 重定义unsigned int
typedef unsigned int uint_t;
using uint_t = unsigned int;
// 重定义std::map
typedef std::map<std::string, int> map_int_t;
using map_int_t = std::map<std::string, int>;
// 重定义函数指针
typedef void (*func_t)(int, int);
using func_t = void (*)(int, int);
/* C++98/03 */
template <typename T>
struct func_t
{
typedef void (*type)(T, T);
};
// 使用 func_t 模板
func_t<int>::type xx_1;
/* C++11 */
template <typename T>
using func_t = void (*)(T, T);
// 使用 func_t 模板
func_t<int> xx_2;
2.5 默认函数模板参数
在C++11之前这样写是错误的， C++98/03 仅支持类模板的默认参数
template <typename R = int, typename U>
R func(U val)
{
return val;
}
int main()
{
func(97); // R=int, U=int
func<char>(97); // R=char, U=int
func<double, int>(97); // R=double, U=int
return 0;
}
2.6 tuple 元组
C++11 标准新引入了一种类模板，命名为 tuple（中文可直译为元组）。tuple 最大的特点是：实例化的对象可以存储任意数量、任意类型的数据。
tuple 的应用场景很广泛，例如当需要存储多个不同类型的元素时，可以使用 tuple；当函数需要返回多个数据时，可以将这些数据存储在 tuple 中，函数只需返回一个 tuple 对象即可。
举例：
#include <iostream>
#include <tuple>
int main()
{
int size;
//创建一个 tuple 对象存储 10 和 'x'
std::tuple<int, char> mytuple(10, 'x');
//计算 mytuple 存储元素的个数
size = std::tuple_size<decltype(mytuple)>::value;
//输出 mytuple 中存储的元素
std::cout << std::get<0>(mytuple) << " " << std::get<1>(mytuple) << std::endl;
//修改指定的元素
std::get<0>(mytuple) = 100;
std::cout << std::get<0>(mytuple) << std::endl;
//使用 makde_tuple() 创建一个 tuple 对象
auto bar = std::make_tuple("test", 3.1, 14);
//拆解 bar 对象，分别赋值给 mystr、mydou、myint
const char* mystr = nullptr;
double mydou;
int myint;
//使用 tie() 时，如果不想接受某个元素的值，实参可以用 std::ignore 代替
std::tie(mystr, mydou, myint) = bar;
//std::tie(std::ignore, std::ignore, myint) = bar; //只接收第 3 个整形值
//将 mytuple 和 bar 中的元素整合到 1 个 tuple 对象中
auto mycat = std::tuple_cat(mytuple, bar);
size = std::tuple_size<decltype(mycat)>::value;
std::cout << size << std::endl;
return 0;
}
2.7 列表初始化
C++98/03：
//初始化列表
int i_arr[3] = { 1, 2, 3 }; //普通数组
struct A
{
int x;
struct B
{
int i;
int j;
} b;
} a = { 1, { 2, 3 } }; //POD类型
//拷贝初始化（copy-initialization）
int i = 0;
class Foo
{
public:
Foo(int) {}
} foo = 123; //需要拷贝构造函数
//直接初始化（direct-initialization）
int j(0);
Foo bar(123);
C++11 ，直接用{}进行初始化，可以不写等号，如a4，a6
class Foo
{
public:
Foo(int) {}
private:
Foo(const Foo &);
};
int main(void)
{
Foo a1(123);
Foo a2 = 123; //error: 'Foo::Foo(const Foo &)' is private
Foo a3 = { 123 };
Foo a4 { 123 };
int a5 = { 3 };
int a6 { 3 };
return 0;
}
2.8 lambda表达式
[外部变量访问方式说明符] (参数) mutable noexcept/throw() -> 返回值类型
{
函数体;
};
普通写法：
#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;
//自定义的升序排序规则
bool sort_up(int x,int y){
return x < y;
}
int main()
{
int num[4] = {4, 2, 3, 1};
//对 a 数组中的元素进行排序
sort(num, num+4, sort_up);
for(int n : num){
cout << n << " ";
}
return 0;
}
使用lambda表达式
#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;
int main()
{
int num[4] = {4, 2, 3, 1};
//对 a 数组中的元素进行排序
sort(num, num+4, [=](int x, int y) -> bool{ return x < y; } );
for(int n : num){
cout << n << " ";
}
return 0;
}
2.9 Union
C++11 标准规定，任何非引用类型都可以成为联合体的数据成员，这种联合体也被称为非受限联合体。
- C++11 允许非 POD 类型
- C++11 允许联合体有静态成员
POD类型介绍：
-
没有用户自定义的构造函数、析构函数、拷贝构造函数和移动构造函数。
-
不能包含虚函数和虚基类。
-
非静态成员必须声明为 public。
-
类中的第一个非静态成员的类型与其基类不同
-
在类或者结构体继承时，满足以下两种情况之一：
派生类中有非静态成员，且只有一个仅包含静态成员的基类；
基类有非静态成员，而派生类没有非静态成员。 -
所有非静态数据成员均和其基类也符合上述规则（递归定义），也就是说 POD 类型不能包含非 POD 类型的数据。
-
此外，所有兼容C语言的数据类型都是 POD 类型（struct、union 等不能违背上述规则）。
2.10 for循环
之前的写法
for(表达式 1; 表达式 2; 表达式 3){
//循环体
}
现在的写法：
for (declaration : expression){
//循环体
}
2.11 constexpr
所谓常量表达式，指的就是由多个（≥1）常量组成的表达式。换句话说，如果表达式中的成员都是常量，那么该表达式就是一个常量表达式。这也意味着，常量表达式一旦确定，其值将无法修改。
常量表达式和非常量表达式的计算时机不同，非常量表达式只能在程序运行阶段计算出结果；而常量表达式的计算往往发生在程序的编译阶段，这可以极大提高程序的执行效率，因为表达式只需要在编译阶段计算一次，节省了每次程序运行时都需要计算一次的时间。
constexpr 关键字的功能是使指定的常量表达式获得在程序编译阶段计算出结果的能力，而不必等到程序运行阶段
举例，此时num相当于常量可以在数组中定义
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
constexpr int num = 1 + 2 + 3;
int url[num] = {1,2,3,4,5,6};
couts<< url[1] << endl;
return 0;
}
常量表达式函数
注意，constexpr 并非可以修改任意函数的返回值。换句话说，一个函数要想成为常量表达式函数，必须满足如下 4 个条件。
- 整个函数的函数体中，除了可以包含 using 指令、typedef 语句以及 static_assert 断言外，只能包含一条 return 返回语句。
- 该函数必须有返回值，即函数的返回值类型不能是 void。
- 函数在使用之前，必须有对应的定义语句。我们知道，函数的使用分为“声明”和“定义”两部分，普通的函数调用只需要提前写好该函数的声明部分即可（函数的定义部分可以放在调用位置之后甚至其它文件中），但常量表达式函数在使用前，必须要有该函数的定义。
- return 返回的表达式必须是常量表达式，举个例子：
修饰构造函数
对于 C++ 内置类型的数据，可以直接用 constexpr 修饰，但如果是自定义的数据类型（用 struct 或者 class 实现），直接用 constexpr 修饰是不行的。
#include <iostream>
using namespace std;
//自定义类型的定义
class myType {
public:
constexpr myType(const char *name,int age):name(name),age(age){};
constexpr const char * getname(){
return name;
}
constexpr int getage(){
return age;
}
private:
const char* name;
int age;
//其它结构体成员
};
int main()
{
constexpr struct myType mt { "zhangsan", 10 };
constexpr const char * name = mt.getname();
constexpr int age = mt.getage();
cout << name << " " << age << endl;
return 0;
}
修饰模板函数
C++11 语法中，constexpr 可以修饰模板函数，但由于模板中类型的不确定性，因此模板函数实例化后的函数是否符合常量表达式函数的要求也是不确定的。
#include <iostream>
using namespace std;
//自定义类型的定义
struct myType {
const char* name;
int age;
//其它结构体成员
};
//模板函数
template<typename T>
constexpr T dispaly(T t){
return t;
}
int main()
{
struct myType stu{"zhangsan",10};
//普通函数
struct myType ret = dispaly(stu);
cout << ret.name << " " << ret.age << endl;
//常量表达式函数
constexpr int ret1 = dispaly(10);
cout << ret1 << endl;
return 0;
}
2.12 新增longlong 超长整形
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <climits>
using namespace std;
int main()
{
cout <<"long long最大值：" << LLONG_MIN <<" "<< hex << LLONG_MIN <<"\n";
cout << dec <<"long long最小值：" << LLONG_MAX << " " << hex << LLONG_MAX << "\n";
cout << dec << "unsigned long long最大值：" << ULLONG_MAX << " " << hex << ULLONG_MAX;
return 0;
}
2.13 右值引用
C++11 标准新引入了另一种引用方式，称为右值引用，用 “&&” 表示。
C++98标准：
int num = 10;
int &b = num; //正确
int &c = 10; //错误
C++11 标准
int && a = 10;
a = 100;
cout << a << endl;
2.14 move
C++11 标准中已经给出了解决方案，即调用 move() 函数。
move 本意为 “移动”，但该函数并不能移动任何数据，它的功能很简单，就是将某个左值强制转化为右值。
move() 函数的用法也很简单，其语法格式如下：move( arg )
#include <iostream>
using namespace std;
class first {
public:
first() :num(new int(0)) {
cout << "construct!" << endl;
}
//移动构造函数
first(first &&d) :num(d.num) {
d.num = NULL;
cout << "first move construct!" << endl;
}
public: //这里应该是 private，使用 public 是为了更方便说明问题
int *num;
};
class second {
public:
second() :fir() {}
//用 first 类的移动构造函数初始化 fir
second(second && sec) :fir(move(sec.fir)) {
cout << "second move construct" << endl;
}
public: //这里也应该是 private，使用 public 是为了更方便说明问题
first fir;
};
int main() {
second oth;
second oth2 = move(oth);
//cout << *oth.fir.num << endl; //程序报运行时错误
return 0;
}
2.15 nullptr
实际开发中，避免产生“野指针”最有效的方法，就是在定义指针的同时完成初始化操作，即便该指针的指向尚未明确，也要将其初始化为空指针。
所谓“野指针”，又称“悬挂指针”，指的是没有明确指向的指针。野指针往往指向的是那些不可用的内存区域，这就意味着像操作普通指针那样使用野指针（例如 &p），极可能导致程序发生异常。
之前的写法： int *p = NULL;
#include <iostream>
using namespace std;
void isnull(void *c){
cout << "void*c" << endl;
}
void isnull(int n){
cout << "int n" << endl;
}
int main() {
isnull(0);
isnull(NULL);
isnull(nullptr);
return 0;
}
对于 isnull(0) 来说，显然它真正调用的是参数为整形的 isnull() 函数；而对于 isnull(NULL)，我们期望它实际调用的是参数为 void*c 的 isnull() 函数，但观察程序的执行结果不难看出，并不符合我们的预期。
为了修正 C++ 存在的这一 BUG，C++ 标准委员会最终决定另其炉灶，在 C++11 标准中引入一个新关键字，即 nullptr。
nullptr 无法隐式转换为整形，而可以隐式匹配指针类型，可以提高代码的健壮性
2.16 智能指针
在实际的 C++ 开发中，我们经常会遇到诸如程序运行中突然崩溃、程序运行所用内存越来越多最终不得不重启等问题，这些问题往往都是内存资源管理不当造成的。比如：
- 有些内存资源已经被释放，但指向它的指针并没有改变指向（成为了野指针），并且后续还在使用；
- 有些内存资源已经被释放，后期又试图再释放一次（重复释放同一块内存会导致程序运行崩溃）；
- 没有及时释放不再使用的内存资源，造成内存泄漏，程序占用的内存资源越来越多。
C++ 虽然从来没有公开得支持过垃圾回收机制，但 C++98/03 标准中，支持使用 auto_ptr 智能指针来实现堆内存的自动回收；C++11 新标准在废弃 auto_ptr 的同时，增添了 unique_ptr、shared_ptr 以及 weak_ptr 这 3 个智能指针来实现堆内存的自动回收。
shared_ptr允许多个指针指向同一个对象，unique_ptr则“独占”所指向的对象。标准库还定义了一种名为weak_ptr的伴随类，它是一种弱引用，指向shared_ptr所管理的对象，这三种智能指针都定义在memory头文件中。
auto_ptr
（C++98的方案，C++11已经抛弃）采用所有权模式。
auto_ptr<string> p1 (new string ("I reigned lonely as a cloud."));
auto_ptr<string> p2;
p2 = p1; //auto_ptr不会报错.
此时不会报错，p2剥夺了p1的所有权，但是当程序运行时访问p1将会报错。所以auto_ptr的缺点是：存在潜在的内存崩溃问题！
unique_ptr
unique_ptr实现独占式拥有或严格拥有概念，保证同一时间内只有一个智能指针可以指向该对象。它对于避免资源泄露(例如“以new创建对象后因为发生异常而忘记调用delete”)特别有用。
unique_ptr<string> p3 (new string ("auto")); //#4
unique_ptr<string> p4； //#5
p4 = p3;//此时会报错！！
将auto_ptr换为unique_ptr，我们发现尝试复制p3时会编译期出错，而auto_ptr能通过编译期从而在运行期埋下出错的隐患。因此，unique_ptr比auto_ptr更安全。
shared_ptr
shared_ptr实现共享式拥有概念。多个智能指针可以指向相同对象，该对象和其相关资源会在“最后一个引用被销毁”时候释放。
use_count 返回引用计数的个数
unique 返回是否是独占所有权( use_count 为 1)
swap 交换两个 shared_ptr 对象(即交换所拥有的对象)
reset 放弃内部对象的所有权或拥有对象的变更, 会引起原有对象的引用计数的减少
get 返回内部对象(指针) ， 与指针本身是等价的
int main()
{
string *s1 = new string("s1");
shared_ptr<string> ps1(s1);
shared_ptr<string> ps2;
ps2 = ps1;
cout << ps1.use_count()<<endl; //2
cout<<ps2.use_count()<<endl; //2
cout << ps1.unique()<<endl; //0
string *s3 = new string("s3");
shared_ptr<string> ps3(s3);
cout << (ps1.get()) << endl; //033AEB48
cout << ps3.get() << endl; //033B2C50
swap(ps1, ps3); //交换所拥有的对象
cout << (ps1.get())<<endl; //033B2C50
cout << ps3.get() << endl; //033AEB48
cout << ps1.use_count()<<endl; //1
cout << ps2.use_count() << endl; //2
ps2 = ps1;
cout << ps1.use_count()<<endl; //2
cout << ps2.use_count() << endl; //2
ps1.reset(); //放弃ps1的拥有权，引用计数的减少
cout << ps1.use_count()<<endl; //0
cout << ps2.use_count()<<endl; //1
}
weak_ptr
share_ptr虽然已经很好用了，但是有一点share_ptr智能指针还是有内存泄露的情况，当两个对象相互使用一个shared_ptr成员变量指向对方，会造成循环引用，使引用计数失效，从而导致内存泄漏。
weak_ptr 是一种不控制对象生命周期的智能指针, 它指向一个 shared_ptr 管理的对象. 进行该对象的内存管理的是那个强引用的shared_ptr， weak_ptr只是提供了对管理对象的一个访问手段。weak_ptr 设计的目的是为配合 shared_ptr 而引入的一种智能指针来协助 shared_ptr 工作, 它只可以从一个 shared_ptr 或另一个 weak_ptr 对象构造, 它的构造和析构不会引起引用记数的增加或减少。weak_ptr是用来解决shared_ptr相互引用时的死锁问题,如果说两个shared_ptr相互引用,那么这两个指针的引用计数永远不可能下降为0,资源永远不会释放。它是对对象的一种弱引用，不会增加对象的引用计数，和shared_ptr之间可以相互转化，shared_ptr可以直接赋值给它，它可以通过调用lock函数来获得shared_ptr。
class B; //声明
class A
{
public:
shared_ptr<B> pb_;
~A()
{
cout << "A delete\n";
}
};
class B
{
public:
shared_ptr<A> pa_;
~B()
{
cout << "B delete\n";
}
};
void fun()
{
shared_ptr<B> pb(new B());
shared_ptr<A> pa(new A());
cout << pb.use_count() << endl; //1
cout << pa.use_count() << endl; //1
pb->pa_ = pa;
pa->pb_ = pb;
cout << pb.use_count() << endl; //2
cout << pa.use_count() << endl; //2
}
int main()
{
fun();
return 0;
}
可以看到fun函数中pa ，pb之间互相引用，两个资源的引用计数为2，当要跳出函数时，智能指针pa，pb析构时两个资源引用计数会减1，但是两者引用计数还是为1，导致跳出函数时资源没有被释放（A、B的析构函数没有被调用）运行结果没有输出析构函数的内容，造成内存泄露。如果把其中一个改为weak_ptr就可以了，我们把类A里面的shared_ptr pb_，改为weak_ptr pb_