文章目录
- [1 类的动态内存分配](#1 类的动态内存分配)
-
- [1.1 C++动态内存分配](#1.1 C++动态内存分配)
- [1.2 拷贝构造函数](#1.2 拷贝构造函数)
- [1.3 赋值运算符(operator=)重载](#1.3 赋值运算符(operator=)重载)
- [2 异常](#2 异常)
- [3 类型转换运算符](#3 类型转换运算符)
1 类的动态内存分配
1.1 C++动态内存分配
在C/C++中都可以使用malloc/free来分配内存，但C++还有一种更好的方法：new和delete。下面以动态分配int类型的变量为例，来看看如何使用这两个关键字：
（1）变量
int *pn = new int;
delete pn;
（2）数组
int *psome = new int[10];
delete []psome;
1.2 拷贝构造函数
拷贝构造函数是用于将一个对象复制到新创建的对象中，如果用户没有声明拷贝构造函数的话，编译器将生成一个默认的拷贝构造函数，它将逐个赋值非静态成员。它的原型如下：
Class_name(const Class_name &)
假设有一个String类,motto是一个String类对象，它的拷贝构造函数为String(const String &)，它的拷贝构造函数被调用的时机有以下几种：
String ditto(motto);
String metto = motto;
String also = String(motto);
String *pString = new String(motto)
所以如果有一个函数传的参数是String类形参，而不是引用的话，编译器将临时使用拷贝构造函数创建一个该类的副本。假设String类的构造函数中有分配内存，析构函数中有释放内存。此时若用户没有定义自己的拷贝构造函数，则编译器会调用默认的拷贝构造函数(而不是构造函数)，而在这个函数调用完后，将调用析构函数释放内存。这就会导致一些内存错误。应该自己定义一个拷贝构造函数，如下所示：
String(const String& other)
{
len = other.len;
str = new char[len + 1];
strcpy(str, other.str);
}
- 一个函数如果返回对象的引用则不会调用拷贝构造函数，否则将调用拷贝构造函数。
1.3 赋值运算符(operator=)重载
前面我们知道String metto = motto;将调用拷贝构造函数，那什么时候调用拷贝构造函数，什么时候调用赋值运算符重载 ：在类定义的时候的=调用拷贝构造函数，在类定义完后的=调用赋值运算符重载：
调用拷贝构造函数:
String metto = motto;
调用赋值运算符重载:
String metto;
metto = motto;
与复制构造函数相似，赋值运算符的隐式实现也对成员进行逐个复制。所以对于上面的metto = motto来说，如果metto原本就通过动态内存分配分配了一块内存，这样隐式的拷贝就会导致之前的内存来不及释放。应该自己定义一个赋值运算符重载函数，如下所示：
String & String::operator=(const String & st)
{
if (this == &st)
return *this;
delete [] str;
len = st.len;
str = new char [len + 1];
strcpy(str, st .str) ;
return *this;
}
2 异常
C++异常是对程序运行过程中发生的异常情况的一种响应。异常提供了将控制权从程序的一个部分传递到另外一部分的途径。C++可以使用try-catch来捕获异常，直接来看一个求调和平均值2ab/(a+b)的例子：
double hmean(double a, double b);
int main(){
double x, y, z;
std::cout << "Enter two numbers: ";
while (std::cin >> x >> y){
try{
z = hmean(x,y);
}
catch(const char * s){ // start of exception handler
std::cout << s << std::endl;
std::cout << "Enter a new pair of numbers: ";
continue;
} // end of handler
std::cout << "Harmonic mean of " << x << " and " << y
<< " is " << z << std::endl;
}
return 0;
}
double hmean(double a, double b){
if(a==-b){
throw "bad hmean() arguments: a = -b not allowed";
}
return 2.0 * a * b / (a+b);
}
在try块中的代码若判断出异常后，throw一个异常(类似跳转,同时退出当前函数)，就能被catch捕获。下面再来看一下将对象用作异常类型的例子：
#include<iostream>
class bad_hmean{
private:
double v1;
double v2;
public:
bad_hmean(int a = 0, int b = 0) : v1(a), v2(b) {}
void mesg();
};
inline void bad_hmean::mesg(){
std::cout << "hmean(" << v1 << ", " << v2 << "): "
<< "invalid arguments: a = -b\n";
}
double hmean(double a, double b);
int main(){
using std::cout;
using std::cin;
using std::endl;
double x, y, z;
cout << "Enter two numbers: ";
while(cin >> x >> y){
try { // start of try block
z = hmean(x, y);
cout << "Harmonic mean of " << x << " and " << y
<< " is " << z << endl;
}
catch(bad_hmean & bh){ // start of catch block
bh.mesg();
cout << "Try again.\n";
continue;
}
}
return 0;
}
double hmean(double a, double b){
if (a==-b){
throw bad_hmean(a,b);//算作局部变量,等catch结束后该变量将销毁
}
return 2.0 * a * b / (a + b);
}
也就是说发送异常时可以throw一个类，然后在catch时使用bad_hmean & bh获得这个对象的引用。
3 类型转换运算符
C语言中的强制类型转换允许几乎所有情况的转换，比如将一个指针的地址转换为char，这样就输出的是这个32位指针变量的地址的低8位(大端)。显然，这种转换是没有意义的，大概率是程序员写错了，所以C++有几种更严格的类型转换机制：
(1)dynamic_cast
用于在运行时执行安全的向下类型转换，通常用于处理多态类型的类层次结构，如继承关系。
dynamic_cast<type_name>(expression)
type_name:目标类型的名称，通常是一个类或类的指针/引用类型。
expression:是要进行类型转换的表达式，通常是指向基类对象的指针或引用。
dynamic_cast 会检查是否可以安全地将 expression 转换为 type_name 类型，如果可以，它将返回一个指向目标类型的指针(或引用)，否则返回一个空指针(如果转换失败)或抛出 std::bad_cast 异常（如果转换不安全）。下面看一个例子：
#include<iostream>
using namespace std;
class Shape {
public:
virtual void draw() { cout<<"shape"<<endl; }
};
class Circle : public Shape {
public:
void draw() override { cout<<"circle"<<endl; }
void specialCircleFunction() { cout<<"special circle"<<endl; }
};
int main() {
Shape* shape = new Circle;
Circle* circle = dynamic_cast<Circle*>(shape);
if (circle) {
circle->specialCircleFunction();
} else {
// 转换失败
}
delete shape;
return 0;
}
(2)const_cast
用于添加或去除对象的 const 限定符，以便在需要时更改对象的常量性。通常情况下，const_cast 用于修改指向 const 对象的指针或引用，以使其可以修改对象的值。但要注意，滥用 const_cast 可能会导致未定义的行为，因此应该谨慎使用。
const_cast<new_type>(expression)
new_type:要转换成的类型。
expression:要进行类型转换的表达式，通常是指向const对象的指针或引用。
下面看一个例子：
#include <iostream>
int main() {
const int x = 10;
const int* ptr1 = &x;
int* ptr2 = const_cast<int*>(ptr1); // 使用const_cast去除const限定符
*ptr2 = 30;
std::cout << "After modification: x = " << x << std::endl;
return 0;
}
(3)static_cast
用于执行编译时类型转换，可以在合理的情况下将一个类型转换为另一个相关类型，例如将整数转换为浮点数。但要注意，static_cast 不提供运行时检查，因此必须确保类型转换是安全的。
static_cast<new_type>(expression)
new_type:要转换成的目标类型。
expression:要进行类型转换的表达式。
下面来看一个例子：
#include <iostream>
int main() {
int integerNumber = 42;
double doubleNumber = static_cast<double>(integerNumber);
std::cout << "Double Number: " << doubleNumber << std::endl;
return 0;
}
需要注意的是，static_cast 不执行运行时检查，因此在使用时需要谨慎，确保类型转换是安全的。如果转换不安全，可以考虑使用 dynamic_cast 或其他类型转换运算符进行更安全的类型转换。
(4)reinterpret_cast
用于执行低层的类型转换，允许你将一个指针类型转换为另一种不相关的指针类型，或者将任何类型转换为一个完全不同的类型。这是最不安全的类型转换之一，因为它不会进行任何类型检查或转换操作。
reinterpret_cast<new_type>(expression)
new_type:要转换成的目标类型。
expression:要进行类型转换的表达式，通常是指针、引用或其他表达式。
下面看一个例子，这里用static_cast的话就无法编译通过。
#include <iostream>
int main()
{
int array[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int* ptr = array;
char* charPtr = reinterpret_cast<char*>(ptr);
std::cout << "First element of array (as char): " << static_cast<int>(charPtr[0]) << std::endl;
return 0;
}
这是一个非常危险的操作，因为它忽略了数据的实际类型和结构。所以reinterpret_cast 应该非常小心地使用，只有在确切清楚这种类型转换是必要的情况下才应使用。