C++特性

一、C++常用特性

基础特性:

• 面向对象编程 (OOP)
  • 类（class）和对象（object）
  • 封装、继承、多态
  • 构造函数和析构函数
• STL容器
  • std::vector、std::map
• 函数
  • 重载
  • 默认参数
• 模板
  • 类模板
  • 函数模板
• 异常处理 try、catch、throw
• 多线程 std::thread、std::mutex、std::async、std::future

版本特性：

• C++98 (1998年)，首个国际标准版本，奠定了C++的基础。
• C++03 (2003年)，对 C++98 的小幅修订，主要修复了一些问题。
• C++11 (2011年)，重大更新，引入了自动类型推导（auto）、智能指针、lambda表达式等新特性、nullptr。
• C++14 (2014年)，对 C++11 的补充，增强了泛型编程和 lambda 表达式的功能。
• C++17 (2017年)，引入了结构化绑定（std::make_pair）、std::optional、std::filesystem等新特性。
• C++20 (2020年)，新增了概念（Concepts）、范围（Ranges）、协程（Coroutines）等重大特性。

二、基础特性

2.1 多态

字面意思是多种形态，实际上是指：

• 同一个函数，对不同的类对象表现出不同的行为；
• 父类的指针或引用可以指向子类对象，并调用子类重写的方法。

当类之间存在层次结构，并且类之间是通过继承关联时，就会用到多态。简而言之就是基类和派生都用到同一个函数，但是定义不一样。需要在基类使用关键字virtual。

静态多态（编译时多态是指在编译阶段就能确定调用哪个函数）：重载、模板

动态多态（运行时多态是指在程序运行时才能确定调用哪个函数）：虚函数和继承

2.2 虚函数

// 使用virtual关键字声明函数
virtual 返回类型 函数名(参数列表);

// 纯虚函
virtual 返回类型 函数名(参数列表) = 0;

• 纯虚函数没有函数体（即没有实现）。
• 包含纯虚函数的类称为抽象类。
• 抽象类不能直接创建对象。
• 抽象类只能作为基类。
• 派生类必须实现纯虚函数：如果一个派生类没有实现基类中的所有纯虚函数，那么该派生类也会成为抽象类。
• 抽象类适合作为接口。

在 C++ 中，抽象类是不能直接实例化的。如果尝试直接创建抽象类的对象，编译器会报错。这是因为抽象类中包含至少一个纯虚函数，而纯虚函数没有实现，因此抽象类是一个不完整的类型，无法创建对象。

error: cannot declare variable 'obj' to be of abstract type 'AbstractClass'

2.3 虚函数表与虚函数表指针

虚函数表是一个存储虚函数地址的数组，每个包含虚函数的类都有一个对应的虚函数表（虚函数表是占用内存的）。目的是为了当调用虚函数时，程序通过虚函数表查找并调用正确的函数实现。就比如一个派生类如果重写了基类的虚函数，派生类的虚函数表中会替换为派生类的函数地址。反之，如果没有重写，则派生类会继承基类的实现，派生类的虚函数表中会使用基类的函数地址。

虚函数表指针（vptr）是一个指向虚函数表的指针，每个包含虚函数的对象在内存中都有一个隐藏的虚函数表指针。虚函数表指针是对象的一部分，在内存上应该跟成员变量是放在一起的;

函数表和虚函数表指针的工作原理：

• 编译阶段：
  • 编译器为每个包含虚函数的类生成一个虚函数表。
  • 编译器在每个对象的内存布局中添加一个vptr。
• 运行时：
  • 当通过基类指针或引用调用虚函数时：
    • 程序通过对象的vptr找到虚函数表。
    • 根据虚函数表中的条目调用正确的函数

2.4 STL容器

STL是指C++标准模板库，包含了容器、迭代器、算法、函数、一些其他辅助功能，功能强大。

STL容器部分常用的就是std::vector、std::list、std::map、std::set