C++ 的门门道道 | 技术头条

作者 | 我不想种地
责编 | 郭芮
C++是一门被广泛使用的系统级编程语言，更是高性能后端标准开发语言；C++虽功能强大，灵活巧妙，但却属于易学难精的专家型语言，不仅新手难以驾驭，就是老司机也容易掉进各种陷阱。
本文结合作者的工作经验和学习心得，对C++语言的一些高级特性，做了简单介绍；对一些常见的误解，做了解释澄清；对比较容易犯错的地方，做了归纳总结；希望借此能增进大家对C++语言了解，减少编程出错，提升工作效率。
一、我的程序里用了全局变量，但为什么进程正常停止的时候会莫名其妙的core掉？
Rule：C++在不同模块（源文件）里定义的全局变量，不保证构造顺序；但保证在同一模块（源文件）里定义的全局变量，按定义的先后顺序构造，按定义的相反次序析构。
我们程序在a.cpp里定义了依次全局变量X和Y;
按照规则：X先构造，Y后构造；进程停止执行的时候，Y先析构，X后析构；但如果X的析构依赖于Y，那么core的事情就有可能发生。
结论：如果全局变量有依赖关系，那么就把它们放在同一个源文件定义，且按正确的顺序定义，确保依赖关系正确，而不是定义在不同源文件；对于系统中的单件，单件依赖也要注意这个问题。
二、编译器为什么不给局部变量和成员变量做默认初始化？
因为效率，C++被设计为系统级的编程语言，效率是优先考虑的方向，c++秉持的一个设计哲学是不为不必要的操作付出任何额外的代价，所以它有别于java，不给成员变量和局部变量做默认初始化，如果需要赋初值，那就由程序员自己去保证。
结论：从安全的角度出发，定义变量的时候赋初值是一个好的习惯，很多错误皆因未正确初始化而起，C++11支持成员变量定义的时候直接初始化，成员变量尽量在成员初始化列表里初始化，且要按定义的顺序初始化。
三、std::sort()的比较函数有很强的约束，不能乱来！
相信工作5年以上至少50%的C/C++程序员都被它坑过，我已经听到过了无数个悲伤的故事，《圣斗士星矢》，《仙剑》，还有别人家的项目《天天爱消除》，都有人掉坑，程序运行几天莫名奇妙的Crash掉，这锅好沉。
如果要用，要自己提供比较函数或者函数对象，一定搞清楚什么叫“严格弱排序”，一定要满足以下3个特性：

非自反性
非对称性
传递性

尽量对索引或者指针sort，而不是针对对象本身，因为如果对象比较大，交换（复制）对象比交换指针或索引更耗费。
四、注意操作符短路
考虑游戏玩家回血回蓝（魔法）刷新给客户端的逻辑。玩家每3秒回一点血，玩家每5秒回一点蓝，回蓝回血共用一个协议通知客户端，也就是说只要有回血或者回蓝就要把新的血量和魔法值通知客户端。
玩家的心跳函数heartbeat()在主逻辑线程被循环调用：

void GamePlayer::Heartbeat(){ if (GenHP() || GenMP()) { NotifyClientHPMP(); }}

复制代码

如果GenHP回血了，就返回true，否则false；不一定每次调用GenHP都会回血，取决于是否达到3秒间隔。
如果GenMP回蓝了，就返回true，否则false；不一定每次调用GenMP都会回血，取决于是否达到5秒间隔。
实际运行发现回血回蓝逻辑不对，Word麻，原来是操作符短路了，如果GenHP()返回true了，那GenMP()就不会被调用，就有可能失去回蓝的机会。OMG，你需要修改程序如下：

void GamePlayer::Heartbeat(){ bool hp = GenHP(); bool mp = GenMP(); if (hp || mp) { NotifyClientHPMP(); } }

复制代码

逻辑与（&&）跟逻辑或（||）有同样的问题， if (a && b) 如果a的表达式求值为false，b表达式也不会被计算。
有时候，我们会写出 if (ptr != nullptr && ptr->Do())这样的代码，这正是利用了操作符短路的语法特征。
五、理解std::vector的底层实现
vector是动态扩容的，2的次方往上翻，为了确保数据保存在连续空间，每次扩充，会将原member悉数拷贝到新的内存块；不要保存vector内对象的指针，扩容会导致其失效；可以通过保存其下标index替代。
运行过程中需要动态增删的vector，不宜存放大的对象本身，因为扩容会导致所有成员拷贝构造，消耗较大，可以通过保存对象指针替代。
resize()是重置大小；reserve()是预留空间，并未改变size()，可避免多次扩容； clear()并不会导致空间收缩，如果需要释放空间，可以跟空的vector交换，std::vector .swap(v)，c++11里shrink_to_fit()也能收缩内存。
理解at()和operator[]的区别：at()会做下标越界检查，operator[]提供数组索引级的访问，在release版本下不会检查下标，VC会在Debug版本会检查；c++标准规定:operator[]不提供下标安全性检查。
C++标准规定了std::vector的底层用数组实现，认清这一点并利用这一点。
六、用c标准库的安全版本（带n标识）替换非安全版本
比如用strncpy替代strcpy，用snprintf替代sprintf，用strncat代替strcat，用strncmp代替strcmp，memcpy(dst, src, n)要确保[dst，dst+n]和[src, src+n]都有有效的虚拟内存地址空间。
多线程环境下，要用系统调用或者库函数的安全版本代替非安全版本（_r版本），谨记strtok，gmtime等标准c函数都不是线程安全的。
七、理解函数调用的性能开销（栈帧建立和销毁，参数传递，控制转移），性能敏感函数考虑inline
X86_64体系结构因为通用寄存器数目增加到16个，所以64位系统下参数数目不多的函数调用，将会由寄存器传递代替压栈方式传递参数，但栈帧建立、撤销和控制转移依然会对性能有所影响。
八、理解user stack空间很有限，不能在栈上定义过大的临时对象，递归函数要有退出条件且不能递归过深
一般而言，用户栈只有几兆（典型大小是4M，8M），所以栈上创建的对象不能太大；虽然递归函数能简化程序编写，但也常常带来运行速度变慢的问题，所以需要预估好递归深度，优先考虑非递归实现版本。
九、内存拷贝小心内存越界
memcpy，memset有很强的限制，仅能用于POD结构，不能作用于stl容器或者带有虚函数的类。
带虚函数的类对象会有一个虚函数表的指针，memcpy将破坏该指针指向。
对非POD执行memset/memcpy，免费送你四个字：自求多福。
十、用sprintf格式化字符串时，类型和格式化符号要严格匹配
因为sprintf的函数实现里是按格式化串从栈上取参数，任何不一致，都有可能引起不可预知的错误； /usr/include/inttypes.h里定义了跨平台的格式化符号，比如PRId64用于格式化int64_t
十一、stl容器的遍历删除要小心迭代器失效，vector、list、map、set等各有不同的写法

#include #include #include #include #include int main(int argc, char *argv[]){ //vector遍历删除 std::vector v(8); std::generate(v.begin(), v.end(), std::rand); std::cout =0; --i){ ...}

复制代码

程序跑到这，纳尼？根本停不下来啊？问题很简单，unsigned永远>=0，是不是心中一万只马奔腾？
解决这个问题很简单，但是有时候这一类的错误却没这么明显，你需要罩子放亮点，多个心眼。
三十二、size_t到底是个什么鬼？我该用有符号还是无符号整数？
size_t类型是被设计来保存系统存储器上能保存的对象的最大个数。
32位系统，一个对象最小的单位是一个字节，那2的32次方内存，最多能保存的对象数目就是4G/1字节，正好一个unsigned int能保存下来（typedef unsigned int size_t）。
同样，64位系统，unsigned long是8字节，所以size_t就是unsigned long的类型别名。
对于像索引，位置这样的变量，是用有符号还是无符号呢？像money这样的属性呢？
一句话：要讲道理，用最自然，最顺理成章的类型。比如索引不可能为负用size_t，账户可能欠钱，则money用int。
比如：

template class vector{ T& operator(size_t index) {}};

复制代码

标准库给出了最好的示范，因为如果是有符号的话，你需要这样判断

if (index < 0 || index >= max_num) throw out_of_bound();

复制代码

而如果是无符号整数，你只需要判断 if (index >= max_num)，你认可吗？
三十三、对于在启动时加载好，运行中不变化的查询结构，可以考虑用sorted array替代map，hash表等
因为有序数组支持二分查找，效率跟map差不多。对于只需要在程序启动的时候构建（排序）一次的查询结构，有序数组相比map和hash可能有更好的内存命中性（局部命中性）。
运行过程中，稳定的查询结构（比如配置表，需要根据id查找配置表项，运行过程中不增删），有序数组是个不错的选择；如果不稳定，则有序数组的插入删除效率比map，hashtable差，所以选用有序数组需要注意适用场合。
三十四、std::map还是std::unorder_map，我真的很纠结
想清楚他们的利弊，map是用红黑树做的，unorder_map底层是hash表做的，hash表相对于红黑树有更高的查找性能。hash表的效率取决于hash算法和冲突解决方法（一般是拉链法，hash桶），以及数据分布，如果负载因子高，就会降低命中率，为了提高命中率，就需要扩容，重新hash，而重新hash是很慢的，相当于卡一下。
而红黑树有更好的平均复杂度，所以如果数据量不是特别大，map是胜任的。
三十五、整型一般用int，long就很好，用short，char需要很仔细，要防止溢出
大多数情况下，用int，long就很好，long一般等于机器字长，long能直接放到寄存器，硬件处理起来速度也更快。
很多时候，我们希望用short，char达到减少结构体大小的目的。但是由于字节对齐，可能并不能真正减少，而且1,2个字节的整型位数太少，一不小心就溢出了，需要特别注意。
所以，除非在db、网络这些对存储大小非常敏感的场合，我们才需要考虑是否以short，char替代int，long。

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var_dump('点个好看吧！');
NSLog(@"点个好看吧！");
System.out.println("点个好看吧！");
console.log("点个好看吧！");
print("点个好看吧！");
printf("点个好看吧！\n");
cout