技术◈C++核心知识总结（I）

这是leoay的第2篇长文分享

上篇文章，我写了一下自己对写作这件事的浅解，也是我第一篇超过两千字的长文。接下来，我想写一系列关于C++11核心知识的总结文章。有的朋友可能觉得我飘了，竟然敢写C++(作为一门高冷的语言，就是叼)!。。。没错，我就是飘了！我就敢写！

哈哈，开个玩笑了，写确实是敢写，不过写得好与坏就另当别论了，先不管好坏，我认真写，你们随心看，有写得不好的地方欢迎留言区批评，指正！如果觉得不错的话，欢迎分享转发！

首先需要说明的是，虽然这是一系列关于C++核心知识的总结，但是并不等同于一个完整的C++教程，所以想完全依赖我这几篇文章学透C++,我只能告诉你，休想。这几篇文章仅仅梳理C++中比较重要的核心知识点（工作或面试），如果没有C/C++基础的同学，可以自行弥补，文末我会推荐几本C/C++相关书籍！

作为第一篇文章，当然将一些比较基础的概念，以下（高手略过）：

（1）自动类型推导 auto & decltype()

（2）常量限定符 const & constexpr

(3) 空指针 null 与 nullptr

这一篇文章很基础，如果对以上三点能快速说出其用法及需要注意的细节，那么下面的就可以忽略了

好了，先不BB了，下面开始说正事儿：

1. 自动类型推导 auto & decltype()

关于类型可能很多同学会觉得这个话题比较简单，因为这基本是所有语言的基础，C/C++、Java等等这些静态类型语言...，基本都放在第一章节讲解，而且很多语言是相通的，但是C++有一个比较强大的关键字auto，我觉得有必要强调一下。其实，我们可以根据这个词的意思差不多猜出这个关键字的功能 —— 自动类型推导。也就是说如果一个变量的类型是auto时，它会根据变量的值自动推导出类型。那么，可能就会有朋友产生疑问了：变量是什么类型不是很容易看出来吗？感觉没什么用处。也许在C语言或Java中，确实，变量的类型清晰可见，但是C++就不一样了。例如，

template<class T, class U>
auto add(T t, U u) { return t + u; }

C++中有模板的概念，代码中所示模板就是实现两个对象t和u的加法，当我们调用add函数时，由于使用了auto关键字，返回值类型会自动推导，即为t+u结果类型，如下：

auto  b = add(2, 5);     //这里的b是int型
auto  c = add(2.3, 8);    //这里的c是float型

到这里，可能又有朋友说，这也没什么呀，我还是能一眼看出结果的类型，但是这里因为有了auto，才更加体现了C++模板的优势，定义一次函数，就可以进行多种类型数据的运算处理，并可以返回不同类型的结果，实现代码的复用。那么，除了这种比较简单的情况，还有没有比较复杂的类型？下面接着看：

vector<vector<Dtype> > pred_boxes;
for (auto pred_box = pred_boxes.begin(); pred_box != pred_boxes.end(); pred_box++)
{
  pred_box->push_back(batch_id);
}

这是我从caffe框架中截取的一段代码，先不管其含义，仅仅关注auto的用法。这里是实现一个遍历的功能，将batch_id存到pred_box中。我们定义了一个迭代器pred_box,这里由于auto会自动推导其类型，我们几乎什么都不用管。但是实际上它的类型是什么样的呢？请看：

vector<vector<Dtype> >::iterator pred_box;

就是上面的代码中所写，是不是觉得繁琐了很多。说到遍历，我们也可以将上面的代码这样简化：

vector<vector<Dtype> > pred_boxes;
for (auto pred_box ：pred_boxes)
{
  pred_box->push_back(batch_id);
}

世界又清净了一些！

说完auto，C++中还有一个与自动类型获取有关的关键字 —— decltype。 那么这二者有什么区别呢？auto关键字根据表达式的值推导其类型，可以假想为auto变成了这个类型（实际上不是）。在这个过程中表达式是会被计算的，但是有时候我们并不想表达式被计算，但是仍然希望得到表达式值的类型，这就用到了decltype，用法就是decltype(表达式)，举个栗子：

decltype(pred_boxes) pred_boxes1;

我们定义一个和pred_boxes类型的相同的变量pred_boxes1

同样，对于下面的表达式：

int &k = 1;
decltype(k)  j = 1;

j的类型就是int引用类型了。

2. 常量限定符const与 constexpr

讲完了自动类型推导，接下来说一下C++中与常量定义相关的两个关键词 const 和 constexpr。

首先它们都是限定符，起到对变量进行限定的作用，当我们不希望一个变量的值被修改时，我们就需要用const进行限定。比如我们希望固定一个缓冲区的大小：

const int bufferSize = 1024;

那么，这里bufferSize便为不可修改变量，这里的用法与在C中一样，下面讲一下const在C++中的用法。

（1）const的用法

const与引用一起使用

在C++中const会经常与引用一起使用，如下：

const int i = 512;
const int &j = i;

这里i与j都是常量，i是整型常量，就是整型引用常量（指向常量的引用），而且需要注意一点，const常量只能作为const常量的值（有点拗口！）

举个例子：

这里j是一个指向常量的引用，它也可以作为一个值，初始化另一个常量如下

const int &k = j;

这里k如果是一个引用的话必须为常量，如果不是引用的话，可是是一个变量。如下：

int k = j;

可能有的朋友会有些疑惑，既然

int &k = j;

不可以，为什么去掉&就可以了呢？简单解释一下，其实引用并不是一个实体对象，而是代表了一种绑定关系。

对于

int &k = j;

来说，其含义是将k绑定到j, 虽然k和j名字不同，但是在硬件上，它们占用同一块内存，既然j是常量，那么k必然是常量，而

int k = j;

就不一样了

const与指针一起使用

除了与引用在一起鬼混，const还常常喜欢与指针一起玩耍。这里先简单说一下引用和指针的区别，虽然很简单，但是我觉得还是有必要略讲一下。上面谈到引用其实并不是一个实体对象，即不像整型变量、结构体、枚举等等这些变量独自占据内存空间，引用表示了一种绑定关系，将一个别名绑定到一块内存空间（所以定义引用变量时必须要初始化）。但是指针就不同了，本质上，指针是一块存储内存地址的变量，它有一块内存空间存储地址信息。那么const与指针一起使用，又会发生什么有意思的事呢？一起来看几个例子：

const double pi = 3.14;
const double *ptr  = π

ptr是一个指向const double类型的指针，所以其值必须为const double类型的地址，这里只需要保证指针指向的值不变即可，至于ptr中存的值（地址）是可以改变的，也就是说这里的const限定了指针指向的内存存的值，即上面pi不可改变。

上面说过，指针本身也是一个实体对象，不像引用徒有虚名。所以有一个叫常量指针的（const pointer）家伙。既然叫常量指针，const限定的是指针本身，这就意味着指针中的值不可改变，举个例子：

double pi = 3.14；
double * const ptr = π

ptr中的值在其生命周期中永远指向&pi, 此时pi可以随意改变，但是ptr中存的地址是固定的。

那么将这两者结合起来就可以得到

const double pi = 3.14;
const double * const ptr = π

这样ptr无论指向的值还是其本身都是不可以改变的。

const与类的成员函数一起使用

const除了与“变量”一起使用外，在C++中还会与类的成员函数一起用。这个涉及到类与对象相关的知识，还有成员函数，成员变量，展开讲的话会比较多，后面与类和对象放一起说。

（2）constexpr的用法

上面我们讲了讲const的用法，下面就简单说下constexpr。constexpr作为限定词在含义上与const并不相同，constexpr是为了在初始化一个变量时，让编译器判断这个变量的值是否是一个常量或常量表达式，如果该变量用constexpr限定，但是初始化值并不是一个常量或者常量表达式，编译器便会报错，（因为我们在定义常量时并不确定右边的表达式是否是常量表达式），这样看来还是难于解释，下面就用几个例子解释一下：

constexpr int a = k +1;
constexpr int b = newfun();

在这两个例子中，编译器在编译时会检查k+1和newfun()是否是常量表达式（函数），如果不是，上面的定义就不成立，编译会失败。

常量表达式一个重要的特点就是在编译阶段已经确定，下面这个就不是常量表达式：

const int b = newfunc();

因为，这里newfunc()在程序运行的时候才知道结果，在编译阶段因为没有用constexpr限定，编译器并不会检查newfunc()

前面我们说了指针和引用，这里constexpr也是可以和它们一起使用的，但是限制地比较严格。以下用指针举例：

const int *i = nullptr;
constexpr int *i = nullptr;

第一个i表示指向int常量的指针

第二个表示指向int的常量指针

3. 空指针NULL与nullptr

下面说一下C++中的空指针。熟悉C的朋友对空指针非常熟悉，NULL。对，C++中仍然有这个关键字，不信可以看上面的关键字表。但是，在标准C++不建议使用NILL,因为NULL是整数0的宏定义。我们经常使用空指针来初始化一个指针变量，试想一下如果用一个整数作为指针变量的值，总是有些不妥，尽管编译器不会报错。所以C++11标准推荐我们使用nullptr,这个关键字本身就是代表空指针，更加合适，所以下次如果你们在C++中初始化一个指针变量时，就用名副其实的nullptr吧。