C++学习笔记

基本知识

  • 右值引用

    C++11新特性,在出现右值引用之前,只有左值可以被引用,方法为&(例如int& a)。与之对应的右值引用,方法为&&(例如int&& a)。

    首先说一下什么是左值和右值,简单来说,等号左边的就是左值,右边的就是右值。比如:

    int a = 1;
    int b = 2;
    int c = a+b;
    

    其中,等号左边的a、b、c是左值,右边1、2、a+b便是右值。右值的最大特点是,在该语句结束后,便会被销毁。我们以int c = a+b;这条语句为例,系统首先为a+b的结果生成了一个临时变量c',然后将c'的值拷贝给c,然后销毁c'。而事实上,更加高效的方法是,直接将c变为对c'的引用,并且并不销毁c'。当然,编译器是可以做这种优化的,这里我们只是举一个例子。

    事实上,右值引用出现的目的便是,避免不必要的拷贝构造,而使用转移构造,在std模板库里面也提供了相关的模板,std::move(),包括以下几种情况:

    1. 函数的返回值,尤其当返回的是一个对象的时候,非右值引用可能会导致而外的拷贝构造和析构代价;
    2. swap函数,在下面的例子中,不使用右值引用会导致三次模板T的拷贝构造函数,而使用了右值引用后,只会调用三次模板T的转移构造函数(也就是说本质上并没有移动数据),从而降低开销。
    // 不使用右值引用,而使用左值引用
    template <class T> swap(T& a, T& b){ 
         T temp(a);  
         a = b; 
         b = temp;
    }  
    
    // 使用右值引用,不使用左值引用
    template <class T> swap(T&& a, T&& b){ 
         T temp(std::move(a));  
         a = std::move(b); 
         b = std::move(temp);
    }  
    

    注意的是,只有传入右值才会调用形参为右值引用的(构造)函数,而某个变量(例如a)是不会为右值的,也就不会调用形参为右值引用的函数,除非强制类型转换(T&&)或者使用std::move()。

    右值引用的另一个作用是实现精确传递(Perfect Forwarding),简单来说,对于一个成员函数,每个形参变量都需要写两个重载,一个是T &,另一个是const T &,因此对于有N个形参的成员函数来说,原则上我们需要2N个重载,显然是很不方便的。因此,C++11中规定,可以使用T &&替代T &和const T &,而函数接受到的形参类型就是传入的类型,从而降低了重载的代价。

C++容器

  • priority_queue,优先队列

    优先队列是一种从队尾插入元素,队首删除元素的容器,并且始终保持队首的元素是最大(小)。

    由于维护了队首是最大(小)元素的结构,优先队列的插入、删除时间复杂度为log(N)

    优先队列的一种实现方式是利用堆(heap)。堆是一种以二叉树方式组织的数据结构,其特点是父节点永远比子节点大(小),因此与优先队列一样,堆的根结点的是最大(小)的元素,其插入与删除操作的过程如下:

    插入时,堆在二叉树的叶结点增加插入元素,当其小于父节点元素的时候,便与父节点交换

         2              2               2              1 
       /   \          /   \           /   \          /   \
      7     4  -->   7     4  -->    7     1  -->   7     2
     / \   /        / \   / \       / \   / \      / \   / \
    8   9 5        8   9 5   1     8   9 5   4    8   9 5   4
    

    删除时,堆从根节点开始,将较小的叶结点填充至删除节点,直至到叶结点

         2                              4              4 
       /   \          /   \           /   \          /   \
      7     4  -->   7     4  -->    7        -->   7     5
     / \   /        / \   /         / \   /        / \  
    8   9 5        8   9 5         8   9 5        8   9    
    

    通过这种方式,优先队列/堆可以实现出容器元素永远是最大(小)的,其入、删除时间复杂度为log(N)

    C++提供了priority_queue容器,包含于头文件<queue>中,模板为

    template <
        class T, 
        class Container = vector<T>,
        class Compare = less<typename Container::value_type>
    > class priority_queue;
    

    含义如下

    模板 含义
    T 优先队列中的元素类型
    Container 优先队列的容器,默认为vector<T>
    Compare 优先队列的出队(比较规则)

    其中Compare的一种定义方式如下

    struct compare{
        bool operator()(const T A, const T B){
            return A > B;
        }
    };
    

    成员函数包括

    成员函数 含义
    empty 判断是否为空
    size 返回大小
    top 读取队首元素
    push 插入元素
    emplace
    pop 删除队首元素
    swap

其他知识点

  • 类的私有成员可以被拷贝构造函数以及重载=访问,也就是说,如果一个类的拷贝构造函数的形参为某个对象的引用(必须是同一个类),那么便可以在拷贝构造函数中,对被引用类的私有成员进行访问。
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