C++ 基礎知識加強

加強一些 C++ 與其他語言不同之處。

特別資料型別

• bool : boolean 型別
• wchar_t : wide characters (16 bits) 字元，用來補足原本的 char 型別大小不足的問題，以支援 Unicode
• 固定大小整數型別，避免了傳統 C 語言的 int 等型別大小不固定的問題，例如：
  • int64_t: 64-bit 整數
  • uint32_t: 32-bit 無號整數
  • 完整清單： https://en.cppreference.com/w/cpp/types/integer

取得型別的 Max & Min

• 方法一: 使用內建常數
  • INT32_MAX (需要引入 stdint.h)
• 方法二: std::numeric_limits<T>::min()
  • T 可以換成任意內建型別

變數宣告修飾子

• Storage Class
  • auto : 跟代表自動推導的 auto 不同，限制變數只能被宣告的 scope 內的程式碼存取，預設情況下 local variable 前都會自動加上 auto
    • Example： auto int a = 1
  • register : 提示 compiler 將變數存在 CPU register (C++11 之後 deprecated)
  • static :
    • 用在 local variable 會讓這個 local variable 的值與記憶體空間一直保留到程式結束
    • 用在 global variable 會限制該 variable 的 scope 在所在的 file 中
    • 用在 class member 會讓該 member shared 在所有 object 中
  • extern : 代表變數定義在其他檔案內，linking 時才會引入
    • Example: extern int num
    • 說明：https://learn.microsoft.com/en-us/cpp/cpp/extern-cpp?view=msvc-170
  • mutable : 只能用在 class member 上，當物件的變數被指定為 const 時，該 class member 仍能夠被外界修改。
• 全域變數宣告時會自動初始化為 NULL / 0

Type Qualifiers

• const : 常數
• volatile : 防止存取此變數的動作因為 compiler optimization 的關係被調換位置
  • 同時也限制 CPU 不能快取此變數在 CPU cache (multi-threading 時很重要)
• restrict : 限制只有此指標變數可以指向該記憶體位置
  • 屬於 C99 標準，非 C++ 標準
  • https://wucodingroad.blogspot.com/2017/05/Cplusplus-restrict.html

Reference (參考)

Reference 是 C++ 引入給變數設定「別名」的功能，跟 pointer 關鍵差異如下：

• Null 值：Pointer 允許 NULL，reference 不行
• 修改指向位置：Pointer 的變數可以途中修改成指向其他記憶體位置，reference 不行
• 初始化：Reference 初始化時一定要設定指向的變數，pointer 沒有限制

宣告方式：

// declare simple variables
int    i;
double d;

// declare reference variables
int&    r = i;
double& s = d;

Reference 可以從 function 被 return：

double& setValues( int i ) {
   return vals[i];   // return a reference to the ith element
}

但要注意不能 return local variable 的 reference

Arrays

• 宣告方式： double a[10];

• 多維陣列： int threedim[5][10][4];

• 初始化： double balance[] = {1000.0, 2.0, 3.4, 17.0, 50.0};

• 初始化二維陣列：

  int a[3][4] = {
     {0, 1, 2, 3} ,   /*  initializers for row indexed by 0 */
     {4, 5, 6, 7} ,   /*  initializers for row indexed by 1 */
     {8, 9, 10, 11}   /*  initializers for row indexed by 2 */
  };
  

• Array 的變數其實就是 pointer：

  double *p;
  double balance[10];
  
  p = balance;
  

  • balance[4] 等價於 *(balance + 4)

• Array 作為 paramater 傳進 function 方法有兩種常見方式：

  • Method 1: 用 pointer

    void myFunction(int *param) {
       // ...
    }
    

  • Method 2: 用 unsized array

    void myFunction(int param[]) {
       // ...
    }
    

• 從 function return array 只有一種做法，就是回傳 pointer：

  int * myFunction() {
     // ...
  }
  

C++ String

C++ 有內建 String 型別，所以可以不使用 C-style string (也就是字元陣列)

使用方式：

#include <string>
using std::string;

string s = "aabbcc";
s.size(); // return 6
s.find("bb"); // return 2
s += "123"; // s = aabbcc123

字面值直接使用 string 型別（省掉一個轉換步驟，需要 using namespace std::literals）：

using namespace std::literals;
string s3_2 = "hello world"s;

基本操作：

os << s // 輸出 s 
is >> s // 輸入 s
s.empty() // 檢查 s 是否為空
s.size() // s 目前長度
s[n] // 直接取得 s 的第 n 個元素
s.at(n) // 同樣取得第 n 個元素，但會檢查邊界
s1 + s2 // 把 s1 加 s2 取得新的字串
s1.append(s2) // 把 s2 加到 s1 後面，不會產生新字串
s1 += s2 // 等價於 s1.append(s2)
s1 = s2 //　拷貝複製 s2
s1 != s2 // 比較 s1 和 s2 是否相同
<, <=, ==, >=, > // 做大小比較，以字典排序

完整 C++ String 教學： https://tigercosmos.xyz/post/2023/06/c++/std-string-beginner/

Standard Input/Output

C++ 有以下幾個常用的 input/output streams

• cin : 標準輸入
• cout : 標準輸出
• cerr : 標準錯誤（但沒有 buffer）
• clog : 標準錯誤（但有 buffer）