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【C/C++】高阶用法_笔记

news 来源：原创 2025/6/28 11:43:36

1. 模板元编程（TMP）与编译时计算

(1) 类型萃取与 SFINAE

类型萃取（Type Traits）：利用模板特化在编译时推断类型属性。

template<typename T>
struct is_pointer { static constexpr bool value = false; };template<typename T>
struct is_pointer<T*> { static constexpr bool value = true; };static_assert(is_pointer<int*>::value, "T must be a pointer");

SFINAE（Substitution Failure Is Not An Error）：通过模板参数匹配失败实现条件编译。

template<typename T>
auto foo(T t) -> decltype(t.serialize(), void()) { /* T 有 serialize() 方法时调用 */ }template<typename T>
void foo(...) { /* 默认实现 */ }

(2) 编译时计算（constexpr 与模板）

constexpr 函数：在编译期执行计算。

constexpr int factorial(int n) {return (n <= 1) ? 1 : n * factorial(n - 1);
}
static_assert(factorial(5) == 120);

模板递归计算：

template<int N>
struct Factorial { static constexpr int value = N * Factorial<N-1>::value; };template<>
struct Factorial<0> { static constexpr int value = 1; };

2. 移动语义与完美转发

(1) 右值引用与移动语义

避免深拷贝：通过移动构造函数和 std::move 转移资源所有权。

class BigData {BigData(BigData&& other) noexcept : ptr_(other.ptr_) { other.ptr_ = nullptr; }int* ptr_;
};BigData a;
BigData b = std::move(a);  // 触发移动构造

(2) 完美转发（Perfect Forwarding）

保留参数类型：使用 std::forward 转发参数到其他函数。

template<typename... Args>
void wrapper(Args&&... args) {target(std::forward<Args>(args)...);  // 保持参数的值类别（左值/右值）
}

3. 智能指针与资源管理

(1) 所有权管理

std::unique_ptr：独占所有权，不可复制，可移动。

auto ptr = std::make_unique<int>(42);  // 推荐替代 new

std::shared_ptr：共享所有权，基于引用计数。

auto ptr = std::make_shared<int>(42);  // 引用计数 +1
auto ptr2 = ptr;                       // 引用计数 +2

std::weak_ptr：打破循环引用，避免内存泄漏。

std::weak_ptr<A> weak = shared_ptr_A;
if (auto spt = weak.lock()) { /* 安全访问 */ }

4. 并发编程与原子操作

(1) 线程与同步

std::thread：跨平台线程管理。

void task() { std::cout << "Thread running\n"; }
std::thread t(task);
t.join();

互斥锁与条件变量：

std::mutex mtx;
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);  // RAII 风格锁
std::condition_variable cv;
cv.wait(lock, []{ return data_ready; }); // 条件等待

(2) 原子操作（Atomic）

无锁编程：保证操作的原子性。

std::atomic<int> counter{0};
counter.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);

5. RAII（资源获取即初始化）

资源自动释放：利用对象生命周期管理资源（如文件句柄、网络连接）。

class FileHandle {
public:FileHandle(const char* filename) : file_(fopen(filename, "r")) {}~FileHandle() { if (file_) fclose(file_); }
private:FILE* file_;
};

6. 类型推导与现代语法

(1) `auto` 与 `decltype`

自动类型推导：

auto x = 42;          // x 为 int
auto& ref = x;        // ref 为 int&
const auto* ptr = &x; // ptr 为 const int*

decltype 推导表达式类型：

int a = 10;
decltype(a) b = a;  // b 的类型为 int

(2) Lambda 表达式

匿名函数对象：

auto lambda = [](int x) -> int { return x * 2; };
std::vector<int> v = {1, 2, 3};
std::transform(v.begin(), v.end(), v.begin(), [](int x) { return x + 1; });

7. 元编程库与工具

(1) Boost 库

Boost.Hana：现代 C++ 元编程库。

using namespace boost::hana;
auto types = tuple_t<int, double, char>;  // 类型容器

(2) `std::variant` 与 `std::visit`

类型安全的联合体：

std::variant<int, double, std::string> v;
v = 3.14;  // 存储 double
std::visit([](auto&& arg) { std::cout << arg; }, v);  // 访问值

8. 高级调试与优化

(1) 自定义内存管理

重载 new/delete：

void* operator new(size_t size) {void* p = custom_alloc(size);if (!p) throw std::bad_alloc();return p;
}

(2) 内联汇编与编译器指令

嵌入汇编代码（需谨慎）：

int add(int a, int b) {asm("addl %%ebx, %%eax;" : "=a"(a) : "a"(a), "b"(b));return a;
}

应用场景示例

高性能计算：利用模板元编程生成优化代码，减少运行时开销。
游戏引擎：通过移动语义高效管理资源（纹理、模型）。
分布式系统：使用原子操作实现无锁数据结构（队列、哈希表）。
嵌入式开发：通过 RAII 管理硬件资源（GPIO、定时器）。

注意事项

可读性平衡：避免过度使用模板元编程导致代码晦涩。
异常安全：确保资源在异常发生时正确释放。
跨平台兼容性：注意不同编译器对特性的支持差异（如 MSVC 和 GCC）。

【C/C++】高阶用法_笔记

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注：阅读本文需要对UDS及BootLoader有一定了解，基础内容不做赘述。在汽车"新四化"浪潮的推动下，智能座舱、自动驾驶、车路协同等创新技术正加速重构行业格局。随着车载ECU数量突破百个量级，软件代码量呈指数级增长——…...

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二叉树(中序遍历)

嘿，欢迎来到小巫blog！小巫又来啦！看到你对二叉树中序遍历这道题有点困惑，别担心，我会一步步带你搞定它！这道题是树的基础题目，掌握了它，你对树的遍历就会有很深的理解。我相信&#…...

编程日记 2025/5/25 10:01:05

Ubuntu 系统默认已安装 python，此处只需添加一个超链接即可

步骤 1：确认 Python 3 的安装路径查看当前 Python 3 的路径： which python3 输出类似： /usr/bin/python3 步骤 2：创建符号链接使用 ln -s 创建符号链接，将 python 指向 python3： sudo ln -s /usr/b…...

编程日记 2025/6/26 7:23:36

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编程日记 2025/6/20 14:16:32

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LeetCode 热题 100 | 114. 二叉树展开为链表大家好，今天我们来解决一道经典的二叉树问题——二叉树展开为链表。这道题在 LeetCode 上被标记为中等难度，要求将二叉树展开为一个单链表，展开后的单链表应该与二叉树的先序遍历顺序相同。问题…...

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