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Basic Syntax

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Initialization

初始化是指在创建对象（为特定类型的对象申请存储空间）的同时赋初始值。C++ 的初始化方式与规则五花八门，大概包括以下几种：直接初始化、拷贝初始化、列表初始化、默认初始化、值初始化、类内初始值、构造函数初始值列表。

一般有着四类初始化方式，现代 C++ 的内置类型和类类型都支持这四种初始化方式：

  • 等号：int a = 1; 或者 std::string s = "hello";
  • 等号加花括号：int a = {1}; 或者 std::string s = {"hello"};
  • 花括号：int a{1}; 或者 std::string s{"hello"};
  • 圆括号：int a(1); 或者 std::string s("hello");

  1. 默认初始化/Default Initialization：当对象未被显示地赋予初值时执行的初始化行为。

    • 类类型：由类的默认无参构造函数决定，如果没有默认无参构造函数，则该类不支持默认初始化。
    • 内置类型（指针、int、double、float、bool、char 等）及其数组：
      • 全局（包括定义在任何函数之外、命名空间之内的）变量或局部静态变量：初始化为 0（这种情况也叫值初始化）；
      • 局部非静态变量或类成员：未定义（未初始化）。
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    int i;                    // 默认初始化：未定义
std::string s;            // 默认初始化：调用默认构造函数，得到空字符串
MyClass* p = new MyClass; // 默认初始化：全看构造函数
double* pd = new double   // 默认初始化：0.0

  2. 值初始化/Value Initialization：默认初始化的特殊情况，此时内置类型会被初始化为 0。基本场景：

    • STL 容器只指定元素数量，而不指定初值时，就会执行值初始化，如 vector<int> vec(10);：10 个 int，初始化为 0；
    • 全局（包括定义在任何函数之外、命名空间之内的）变量或局部静态变量：初始化为 0；
    • new 类型，后面带括号，如：new int()， new string{}；
    • 初始值列表为空 {}，如 double d{};、int *p{};。

    对于类类型，其实不需要区分默认初始化和值初始化，因为类类型的初始化只决定于构造函数，与对象在函数内/外、全局/局部/类成员、静态/非静态、默认初始化/值初始化无关。

Iterator

Functions

1 Basics

一个典型的函数包括：返回类型、函数名字、形参列表与函数体。函数也需要像其余的名字一样在使用前声明，函数声明也称为函数原型/Function Prototype。使用调用运算符来执行函数，调用运算符的形式是一对圆括号 ()，运算符作用于一个表达式，这个表达式是函数或者指向函数的指针，调用表达式的类型就是函数的返回类型。函数的返回类型不能为数组类型或者函数类型，但可以是指向数组或者函数的指针。

函数的调用其实完成了两项工作：一个是使用实参初始化函数对应的形参，另一个是将控制权从主调函数转移到被调函数。而返回语句也完成两项工作：一个是返回 return 语句中的值，另一个是将控制权从被调函数转移到主调函数。

当形参列表为空的时候，可以直接书写一个空的形参列表，这样就隐式定义了空形参列表，但是与 C 语言兼容的形式是显式使用 void 关键字。

在 C++ 中，名字有作用域，对象有生命周期/Lifetime，作用域是程序文本的一部分，名字在作用域中可见，对象的生命周期是程序执行过程中对象存在的一段时间。

函数体是一个语句块，块构成一个新的作用域。函数的形式参数和函数体内部定义的变量统称为局部变量，局部变量只有在函数的作用域内可见，并且会隐藏在外层作用域中同名的其他声明。所有在函数体外定义的对象存在于程序的整个执行过程之中，在程序启动时被创建，直到程序结束才会被销毁，局部变量的的生命周期依赖于定义的方式：

  • 自动对象/Automatic Object：只存在于块执行期间的对象。当函数的控制路径经过变量定义语句的时候创建该对象，当到达定义所在的块末尾的时候销毁它，当块执行结束后，块中创建的自动对象的值就变成未定义的了。形参就是一种自动对象，在函数开始的时候对形参申请存储空间，函数终止就被销毁。有初始值的时候，自动对象的值就是初始值，没有初始值的时候，自动对象就执行默认初始化。
  • 局部静态对象/Local Static Object：在程序的执行路径第一次经过对象定义语句的时候初始化，并且知道程序终止的时候才会被销毁，在此期间即使对象所在的函数/块结束执行也不会对其有影响。将局部变量定义为 static 类型就可以得到这样的对象。当局部静态对象没有初始值的时候执行值初始化。

C++ 与现代编译器支持分离式编译/Separate Compilation。

2 Argument Passing

5 Features for Specialized Uses

5.1 Default Argument

很多函数有这样一种形参，在函数的很多次调用中都被赋予一个相同的值，我们将这个反复出现的值成为函数的默认实参/Default Argument，调用含有默认实参的函数时，可以包含这个实参，也可以省略该实参。默认实参只能出现在形参列表的尾部，一个形参一旦被赋予了默认实参，它后面的所有形参都必须有默认实参。在给定的作用域中，一个形参只能被赋予一次默认实参，函数的后续声明都只能为之前那些没有默认值的形参提供默认实参。

对于已经有默认实参的函数 std::string screen(size_t ht = 24, size_t wid = 80, char backgrnd = ' ')，函数调用时实参按照其位置解析，默认实参负责填补函数调用缺少的尾部实参。若想要覆盖中间的某个默认实参（如 wid），就需要为前面的所有形参提供实参。

局部变量不可以作为默认实参，除此之外，只要表达式的类型可以转换成形参所需要的类型，就可以作为默认实参。默认实参的名字在函数声明所在的作用域内解析，名字的求值是在函数调用时进行的，而不是在函数声明时。

5.2 Inline Function and constexpr Function

定义在类内的成员函数会被编译器隐式地视为内联函数，但是是否真正内联由编译器决定。

5.3 Debugging

7 Pointers to Functions

首先需要说明：函数指针指向的是函数而非对象，函数指针指向某种特定类型，函数的类型由它的返回类型和形参类型共同决定，与函数名无关。函数指针的声明形式为：return-type (*pointer-name)(parameter-list)，其中 return-type 是函数的返回类型，parameter-list 是函数的形参列表，pointer-name 是函数指针的名字。

若我们定义如下的函数 bool lengthCompare(const string &, const string &);，函数指针的声明形式为：bool (*pf)(const string &, const string &);。有以下几点需要注意：

  • 当我们将函数名作为一个值使用时，该函数自动转换成指针：pf = lengthCompare;，当然使用取地址运算符也是允许的：pf = &lengthCompare;，这两种复制方式等价；
  • 调用函数可以直接使用函数指针，不需要解引用：bool b1 = pf("hello", "goodbye");，当然解引用也是允许的：bool b2 = (*pf)("hello", "goodbye");，这两种调用方式等价；
  • 在指向不同函数类型的指针间不存在转换规则，但是可以为函数指针赋一个 nullptr 值，或者值为 0 的常量表达式，表示该指针没有指向任何函数。
  • 当使用重载函数的时候，上下文必须清楚界定到底是使用了哪个函数，指针类型必须与重载函数中的某一个精确匹配，例子如下： 
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    void ff(int *);
void ff(unsigned int);
void (*pf1)(int) = ff;          // error: no matching function for call to 'ff'
void (*pf2)(int *) = ff;        // ok
  • 虽然不能定义函数类型的形参，但是形参可以是函数指针，这时，虽然形参看起来是函数类型，但是实际上却当成是函数指针类型使用，下面两个声明是等价的： 
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    void useBigger(const string &, const string &, bool pf(const string &, const string &));
void useBigger(const string &, const string &, bool (*pf)(const string &, const string &));
    我们可以直接将函数作为实参使用，其将自动转换成指针：useBigger(s1, s2, lengthCompare);。
  • 函数指针也可以作为返回值，但是我们必须将返回类型写成指针形式，编译器不会自动将函数转换成指针，一般有下边三种写法：
    • 使用类型别名：using F = int(int *, int); F *f1(int);，这里定义的 F 是函数类型，函数不能直接返回函数类型，还可以使用 using PF = int(*)(int *, int); PF f1(int);；
    • 直接强行声明：int (*f1(int))(int *, int);，这里要从里往外读：f1 有形参列表，所以是个函数，并且应该返回一个指针，这个指针的类型也包括形参列表，所以是一个函数指针；
    • 尾置返回类型：auto f1(int) -> int (*)(int *, int);，这种写法更加直观。
  • typedef、decltype 和上面的 using 一样，也区分函数类型与函数指针类型： 
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    typedef decltype(lengthCompare) Func1;                   // Func1 是函数类型
typedef bool Func2(const string &, const string &);      // Func2 是函数类型
typedef decltype(lengthCompare) *Func3;                  // Func3 是函数指针类型    
typedef bool (*Func4)(const string &, const string &);   // Func4 是函数指针类型