C++基础语法梳理：智能指针和强制类型转换运算符

Posted 2021-10-02 一起学编程

本期是C++基础语法分享的第九节，今天给大家来分享一下：

（1）智能指针；

（2）强制类型转换运算符；

（3）运行时类型信息 (RTTI)；

智能指针

C++ 标准库（STL）中

头文件：#include <memory>

C++ 98：

std::auto_ptr<std::string> ps (new std::string(str))；

C++ 11：

shared_ptr

unique_ptr

weak_ptr

auto_ptr（被 C++11 弃用）

Class shared_ptr 实现共享式拥有（shared ownership）概念。多个智能指针指向相同对象，该对象和其相关资源会在 “最后一个 reference 被销毁” 时被释放。为了在结构较复杂的情景中执行上述工作，标准库提供 weak_ptr、bad_weak_ptr 和 enable_shared_from_this 等辅助类。

Class unique_ptr 实现独占式拥有（exclusive ownership）或严格拥有（strict ownership）概念，保证同一时间内只有一个智能指针可以指向该对象。你可以移交拥有权。它对于避免内存泄漏（resource leak）——如 new 后忘记 delete ——特别有用。

shared_ptr

多个智能指针可以共享同一个对象，对象的最末一个拥有着有责任销毁对象，并清理与该对象相关的所有资源。

支持定制型删除器（custom deleter），可防范 Cross-DLL 问题（对象在动态链接库（DLL）中被 new 创建，却在另一个 DLL 内被 delete 销毁）、自动解除互斥锁

weak_ptr

weak_ptr 允许你共享但不拥有某对象，一旦最末一个拥有该对象的智能指针失去了所有权，任何 weak_ptr 都会自动成空（empty）。因此，在 default 和 copy 构造函数之外，weak_ptr 只提供 “接受一个 shared_ptr” 的构造函数。

可打破环状引用（cycles of references，两个其实已经没有被使用的对象彼此互指，使之看似还在 “被使用” 的状态）的问题

unique_ptr

unique_ptr 是 C++11 才开始提供的类型，是一种在异常时可以帮助避免资源泄漏的智能指针。采用独占式拥有，意味着可以确保一个对象和其相应的资源同一时间只被一个 pointer 拥有。一旦拥有着被销毁或编程 empty，或开始拥有另一个对象，先前拥有的那个对象就会被销毁，其任何相应资源亦会被释放。

unique_ptr 用于取代 auto_ptr

auto_ptr

被 c++11 弃用，原因是缺乏语言特性如 “针对构造和赋值” 的 std::move 语义，以及其他瑕疵。

auto_ptr 与 unique_ptr 比较

auto_ptr 可以赋值拷贝，复制拷贝后所有权转移；unqiue_ptr 无拷贝赋值语义，但实现了move 语义；

auto_ptr 对象不能管理数组（析构调用 delete），unique_ptr 可以管理数组（析构调用 delete[] ）；

强制类型转换运算符

static_cast

用于非多态类型的转换

不执行运行时类型检查（转换安全性不如 dynamic_cast）

通常用于转换数值数据类型（如 float -> int）

可以在整个类层次结构中移动指针，子类转化为父类安全（向上转换），父类转化为子类不安全（因为子类可能有不在父类的字段或方法）

向上转换是一种隐式转换。

dynamic_cast

用于多态类型的转换

执行行运行时类型检查

只适用于指针或引用

对不明确的指针的转换将失败（返回 nullptr），但不引发异常

可以在整个类层次结构中移动指针，包括向上转换、向下转换

const_cast

用于删除 const、volatile 和 __unaligned 特性（如将 const int 类型转换为 int 类型 ）

reinterpret_cast

用于位的简单重新解释

滥用 reinterpret_cast 运算符可能很容易带来风险。 除非所需转换本身是低级别的，否则应使用其他强制转换运算符之一。

允许将任何指针转换为任何其他指针类型（如 char* 到 int* 或 One_class* 到 Unrelated_class* 之类的转换，但其本身并不安全）

也允许将任何整数类型转换为任何指针类型以及反向转换。

reinterpret_cast 运算符不能丢掉 const、volatile 或 __unaligned 特性。

reinterpret_cast 的一个实际用途是在哈希函数中，即，通过让两个不同的值几乎不以相同的索引结尾的方式将值映射到索引。

bad_cast

由于强制转换为引用类型失败，dynamic_cast 运算符引发 bad_cast 异常。

bad_cast 使用

try {  
    Circle& ref_circle = dynamic_cast<Circle&>(ref_shape);   
}  
catch (bad_cast b) {  
    cout << "Caught: " << b.what();  
} 

运行时类型信息 (RTTI)

dynamic_cast

用于多态类型的转换

typeid

typeid 运算符允许在运行时确定对象的类型

type_id 返回一个 type_info 对象的引用

如果想通过基类的指针获得派生类的数据类型，基类必须带有虚函数

只能获取对象的实际类型

type_info

type_info 类描述编译器在程序中生成的类型信息。 此类的对象可以有效存储指向类型的名称的指针。 type_info 类还可存储适合比较两个类型是否相等或比较其排列顺序的编码值。 类型的编码规则和排列顺序是未指定的，并且可能因程序而异。

头文件：typeinfo

typeid、type_info 使用

#include <iostream>
using namespace std;

class Flyable                       // 能飞的
{
public:
    virtual void takeoff() = 0;     // 起飞
    virtual void land() = 0;        // 降落
};
class Bird : public Flyable         // 鸟
{
public:
    void foraging() {...}           // 觅食
    virtual void takeoff() {...}
    virtual void land() {...}
    virtual ~Bird(){}
};
class Plane : public Flyable        // 飞机
{
public:
    void carry() {...}              // 运输
    virtual void takeoff() {...}
    virtual void land() {...}
};

class type_info
{
public:
    const char* name() const;
    bool operator == (const type_info & rhs) const;
    bool operator != (const type_info & rhs) const;
    int before(const type_info & rhs) const;
    virtual ~type_info();
private:
    ...
};

void doSomething(Flyable *obj)                 // 做些事情
{
    obj->takeoff();

    cout << typeid(*obj).name() << endl;        // 输出传入对象类型（"class Bird" or "class Plane"）

    if(typeid(*obj) == typeid(Bird))            // 判断对象类型
    {
        Bird *bird = dynamic_cast<Bird *>(obj); // 对象转化
        bird->foraging();
    }

    obj->land();
}

int main(){
	Bird *b = new Bird();
	doSomething(b);
	delete b;
	b = nullptr;
	return 0;
}

今天的分享就到这里了，大家要好好学C++哟~

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