大家好，我是Linux兵工廠，在工作經(jīng)常發(fā)現(xiàn)小伙伴們遇到一些C++的問(wèn)題都是對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)不熟悉或理解混亂所導(dǎo)致的。正所謂萬(wàn)丈高樓平地起，作為一名合格的程序員來(lái)說(shuō)，沒(méi)有良好的基本功很難達(dá)到一定的高度。而工作中大部分編程問(wèn)題都是基本功不扎實(shí)所導(dǎo)致，所以決定花些時(shí)間來(lái)整理C++相關(guān)的基本知識(shí)和基本概念供大家參考理解，每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)都結(jié)合相關(guān)的代碼進(jìn)行驗(yàn)證。本文基本上涵蓋了C++最常用的知識(shí)點(diǎn)，希望對(duì)小伙伴們有所幫助。關(guān)注公眾號(hào):Linux兵工廠，領(lǐng)取海量Linux免費(fèi)學(xué)習(xí)資料，且會(huì)不定時(shí)輸出更多干貨知識(shí)
1. volatile
在C++中，volatile是一個(gè)關(guān)鍵字，用于修飾變量，告訴編譯器該變量的值可能在程序流程之外被意外修改，因此編譯器不應(yīng)該對(duì)該變量進(jìn)行優(yōu)化（如緩存變量值或重排指令順序）。
volatile主要用于以下場(chǎng)景：
1、多線程訪問(wèn)共享變量：在多線程編程中，如果一個(gè)變量被多個(gè)線程訪問(wèn)，并且其中一個(gè)線程可能會(huì)修改該變量的值，就應(yīng)該使用volatile修飾該變量，以確保線程能夠正確讀取變量的最新值，而不是從緩存中讀取舊值。
2、中斷處理：在嵌入式系統(tǒng)或硬件相關(guān)的編程中，中斷處理程序中通常會(huì)訪問(wèn)硬件寄存器或其他與硬件相關(guān)的狀態(tài)變量。由于中斷處理程序可能在程序的正常流程之外執(zhí)行，為了確保正確處理這些變量，應(yīng)使用volatile修飾。
以下是一個(gè)簡(jiǎn)單的示例，演示了volatile的用法：
#include <iostream>
#include <thread>
volatile int sharedVariable = 0;
void modifySharedVariable() {
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
sharedVariable = i;
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
}
}
void readSharedVariable() {
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
std::cout << "Read sharedVariable: " << sharedVariable << std::endl;
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(200));
}
}
int main() {
std::thread writerThread(modifySharedVariable);
std::thread readerThread(readSharedVariable);
writerThread.join();
readerThread.join();
return 0;
}在上述示例中，我們使用了volatile修飾sharedVariable變量。modifySharedVariable()函數(shù)在循環(huán)中不斷修改sharedVariable的值，而readSharedVariable()函數(shù)在另一個(gè)線程中循環(huán)讀取sharedVariable的值。由于sharedVariable是一個(gè)共享變量，在多線程環(huán)境下，為了避免讀取舊值，我們使用volatile修飾，確保readSharedVariable()函數(shù)能夠正確讀取到最新的值。
需要注意的是，volatile修飾符只用于修飾變量，而不是函數(shù)。它不會(huì)解決所有多線程問(wèn)題，更復(fù)雜的線程同步問(wèn)題可能需要使用互斥鎖（std::mutex）或其他同步機(jī)制來(lái)保證正確性。
2. assert()
在C++中，assert()是一個(gè)宏定義，用于在代碼中進(jìn)行斷言檢查。它是一個(gè)調(diào)試工具，用于在程序運(yùn)行時(shí)檢查某個(gè)條件是否為真。如果斷言條件為假（即false），則會(huì)觸發(fā)斷言失敗，并導(dǎo)致程序中止執(zhí)行。在發(fā)布版本中，默認(rèn)情況下，斷言會(huì)被禁用，因此不會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生影響。
assert()宏的定義位于<cassert>頭文件中，通常在開(kāi)發(fā)階段使用，以幫助開(kāi)發(fā)者檢測(cè)程序中的錯(cuò)誤和問(wèn)題。在調(diào)試階段，當(dāng)斷言條件為假時(shí)，它會(huì)輸出錯(cuò)誤信息，并在終端顯示斷言失敗的位置和原因。
斷言的一般語(yǔ)法如下:
#include <cassert>
int main() {
int x = 10;
assert(x == 5); // 斷言條件為假，程序會(huì)終止，并顯示錯(cuò)誤信息
return 0;
}在上述代碼中，assert(x == 5)會(huì)檢查變量x是否等于5。由于x的值為10，斷言條件為假，程序會(huì)終止執(zhí)行，并顯示斷言失敗的信息，如文件名、行號(hào)、條件表達(dá)式等。
需要注意的是，由于在發(fā)布版本中默認(rèn)會(huì)禁用斷言，因此不應(yīng)該將assert()用于對(duì)用戶輸入進(jìn)行驗(yàn)證或執(zhí)行關(guān)鍵業(yè)務(wù)邏輯。對(duì)于這些情況，應(yīng)該使用更穩(wěn)健的錯(cuò)誤處理機(jī)制。
在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，合理使用assert()可以幫助發(fā)現(xiàn)代碼中的問(wèn)題，提高程序的健壯性和可維護(hù)性。但在最終發(fā)布版本中，需要確保去除所有不必要的斷言，以確保代碼的性能和正確性。
3. sizeof()
在C++中，sizeof是一個(gè)運(yùn)算符，用于計(jì)算類型或變量的大?。ㄗ止?jié)數(shù)）。它的語(yǔ)法形式為sizeof (type)或sizeof expression。
運(yùn)算符有以下幾個(gè)特點(diǎn)和使用場(chǎng)景：
1. 返回值：sizeof運(yùn)算符返回一個(gè)size_t類型的值，表示類型或變量所占用的字節(jié)數(shù)。
2. 對(duì)類型的大小計(jì)算：對(duì)于給定的數(shù)據(jù)類型，sizeof(type)可以計(jì)算出該類型的大小。例如：
#include <iostream>
int main() {
std::cout << "Size of int: " << sizeof(int) << " bytes" << std::endl;
std::cout << "Size of double: " << sizeof(double) << " bytes" << std::endl;
return 0;
}輸出可能為:
Size of int: 4 bytes
Size of double: 8 bytes- 對(duì)變量的大小計(jì)算：sizeof運(yùn)算符也可以計(jì)算變量所占用的字節(jié)數(shù)。例如：
#include <iostream>
int main() {
int x = 10;
double y = 3.14;
std::cout << "Size of x: " << sizeof(x) << " bytes" << std::endl;
std::cout << "Size of y: " << sizeof(y) << " bytes" << std::endl;
return 0;
}輸出可能為:
Size of x: 4 bytes
Size of y: 8 bytes- 對(duì)數(shù)組的大小計(jì)算：對(duì)于數(shù)組，sizeof運(yùn)算符可以計(jì)算整個(gè)數(shù)組所占用的總字節(jié)數(shù)。例如：
#include <iostream>
int main() {
int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
std::cout << "Size of arr: " << sizeof(arr) << " bytes" << std::endl;
return 0;
}輸出可能為：
Size of arr: 20 bytes- 對(duì)指針的大小計(jì)算：`sizeof`運(yùn)算符計(jì)算指針變量本身的大小，而不是指針?biāo)赶虻膶?duì)象的大小。無(wú)論指針指向的對(duì)象類型大小是多少，指針本身的大小都是固定的。
#include <iostream>
int main() {
int x = 10;
int* ptr = &x;
std::cout << "Size of ptr: " << sizeof(ptr) << " bytes" << std::endl;
return 0;
}輸出可能為：
Size of ptr: 8 bytes (在 64 位系統(tǒng)上)請(qǐng)注意，sizeof運(yùn)算符在編譯時(shí)計(jì)算，不會(huì)真正運(yùn)行代碼。因此，它在編譯時(shí)就能知道類型或變量的大小，并返回一個(gè)常量值。
總之，sizeof運(yùn)算符是一個(gè)非常有用的工具，用于在編程中確定數(shù)據(jù)類型和變量的大小，特別是在處理內(nèi)存分配、結(jié)構(gòu)體、數(shù)組等場(chǎng)景中。
4. #pragma pack(n)
在C++中，#pragma pack(n)是一個(gè)預(yù)處理指令（preprocessor directive），用于告訴編譯器按照指定的字節(jié)對(duì)齊方式對(duì)結(jié)構(gòu)體或類進(jìn)行內(nèi)存對(duì)齊。通常情況下，編譯器會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)體或類進(jìn)行自動(dòng)的內(nèi)存對(duì)齊，以提高訪問(wèn)效率和性能。
#pragma pack(n)的語(yǔ)法中，n是指定的對(duì)齊字節(jié)數(shù)，可以是1、2、4、8等，表示結(jié)構(gòu)體或類的成員變量將按照n字節(jié)對(duì)齊。在結(jié)構(gòu)體或類定義之前使用該預(yù)處理指令，其作用會(huì)影響接下來(lái)的結(jié)構(gòu)體或類的成員排列。
以下是一個(gè)簡(jiǎn)單的示例，演示了#pragma pack(n)的用法：
#include <iostream>
// 默認(rèn)情況下，編譯器會(huì)進(jìn)行自動(dòng)對(duì)齊，對(duì)于int類型通常是4字節(jié)對(duì)齊
struct MyStructAuto {
char c;
int i;
};
// 使用 #pragma pack(1) 指定1字節(jié)對(duì)齊，取消自動(dòng)對(duì)齊
#pragma pack(1)
struct MyStructPacked {
char c;
int i;
};
#pragma pack()
int main() {
std::cout << "sizeof(MyStructAuto): " << sizeof(MyStructAuto) << std::endl;
std::cout << "sizeof(MyStructPacked): " << sizeof(MyStructPacked) << std::endl;
return 0;
}輸出可能為:
sizeof(MyStructAuto): 8
sizeof(MyStructPacked): 5在上述示例中，我們定義了兩個(gè)結(jié)構(gòu)體：MyStructAuto和MyStructPacked。在MyStructAuto中，編譯器會(huì)自動(dòng)進(jìn)行對(duì)齊，默認(rèn)情況下，int類型通常是4字節(jié)對(duì)齊，因此MyStructAuto的大小是8字節(jié)（1字節(jié)的char加上4字節(jié)的int，再加上3字節(jié)的填充）。
而在MyStructPacked中，我們使用了#pragma pack(1)指定了1字節(jié)對(duì)齊，這將取消自動(dòng)對(duì)齊，導(dǎo)致MyStructPacked的大小只有5字節(jié)（1字節(jié)的char加上4字節(jié)的int，沒(méi)有填充字節(jié)）。
需要注意的是，使用#pragma pack(n)可能會(huì)影響內(nèi)存對(duì)齊，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)體或類的訪問(wèn)效率降低，尤其是對(duì)于大型結(jié)構(gòu)體。在使用#pragma pack(n)時(shí)，應(yīng)謹(jǐn)慎考慮，確保了解其影響，并只在必要時(shí)使用。通常情況下，讓編譯器自動(dòng)進(jìn)行內(nèi)存對(duì)齊是較為推薦的做法。