C++解析(8)：C++中的新成员

0.目录

1.动态内存分配

• 1.1 C++中的动态内存分配
• 1.2 new关键字与malloc函数的区别
• 1.3 new关键字的初始化

2.命名空间

• 2.1 作用域与命名空间
• 2.2 命名空间的定义和使用

3.强制类型转换

• 3.1 C方式的强制类型转换
• 3.2 C++的新式类型转换

4.小结

1.动态内存分配

1.1 C++中的动态内存分配

• C++中通过new关键字进行动态内存申请
• C++中的动态内存申请是基于类型进行的
• delete关键字用于内存释放

1.2 new关键字与malloc函数的区别

• new关键字是C++的一部分
• malloc是由C库提供的函数
• new以具体类型为单位进行内存分配
• malloc以字节为单位进行内存分配
• new在申请单个类型变量时可进行初始化
• malloc不具备内存初始化的特性

1.3 new关键字的初始化

2.命名空间

2.1 作用域与命名空间

在C语言中只有一个全局作用域：

• C语言中所有的全局标识符共享同一个作用域
• 标识符之间可能发生冲突

C++中提出了命名空间的概念：

• 命名空间将全局作用域分成不同的部分
• 不同命名空间中的标识符可以同名而不会发生冲突
• 命名空间可以相互嵌套
• 全局作用域也叫默认命名空间

2.2 命名空间的定义和使用

C++命名空间的定义：

C++命名空间的使用：
使用整个命名空间：using namespace name;
使用命名空间中的变量：using name::variable;
使用默认命名空间中的变量：::variable;

示例：

#include <stdio.h>

namespace First
{
    int i = 0;
}

namespace Second
{
    int i = 1;
    
    namespace Internal
    {
        struct P
        {
            int x;
            int y;
        };
    }
}

int main()
{
    using namespace First;
    using Second::Internal::P;
    
    printf("First::i = %d
", i);
    printf("Second::i = %d
", Second::i);
    
    P p = {2, 3};
    
    printf("p.x = %d
", p.x);
    printf("p.y = %d
", p.y);
    
    return 0;
}

运行结果：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out 
First::i = 0
Second::i = 1
p.x = 2
p.y = 3

3.强制类型转换

3.1 C方式的强制类型转换

C方式的强制类型转换：

示例：

#include <stdio.h>

typedef void(PF)(int);

struct Point
{
    int x;
    int y;
};

int main()
{
    int v = 0x12345;
    PF* pf = (PF*)v;
    char c = char(v);
    Point* p = (Point*)v;
    
    pf(5);
    
    printf("p->x = %d
", p->x);
    printf("p->y = %d
", p->y);
    
    return 0;
}

运行结果：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out 
Segmentation fault (core dumped)

编译器虽然可以编译通过，但是无法运行！

存在的问题：

• 过于粗暴——任意类型之间都可以进行转换，编译器很难判断其正确性
• 难于定位——在源码中无法快速定位所有使用强制类型转换的语句

问题：强制类型转换在实际工程中是很难完全避免的！如何进行更加安全可靠的转换？

3.2 C++的新式类型转换

C++将强制类型转换分为4个不同的类型：

static_cast强制类型转换——静态类型转换

• 用于基本类型间的转换
• 不能用于基本类型指针间的转换
• 用于有继承关系类对象之间的转换和类指针之间的转换

const_cast强制类型转换

• 用于去除变量的只读属性
• 强制转换的目标类型必须是指针或引用

reinterpret_cast强制类型转换

• 用于指针类型间的强制转换
• 用于整数和指针类型间的强制转换

dynamic_cast强制类型转换——动态类型转换

• 用于有继承关系的类指针间的转换
• 用于有交叉关系的类指针间的转换
• 具有类型检查的功能
• 需要虚函数的支持

示例：

#include <stdio.h>

void static_cast_demo()
{
    int i = 0x12345;
    char c = 'c';
    int* pi = &i;
    char* pc = &c;
    
    c = static_cast<char>(i);
    pc = static_cast<char*>(pi); // Error
}

void const_cast_demo()
{
    const int& j = 1;
    int& k = const_cast<int&>(j);
    
    const int x = 2;
    int& y = const_cast<int&>(x);
    
    int z = const_cast<int>(x); // Error
    
    k = 5;
    
    printf("k = %d
", k);
    printf("j = %d
", j);
    
    y = 8;
    
    printf("x = %d
", x);
    printf("y = %d
", y);
    printf("&x = %p
", &x);
    printf("&y = %p
", &y);
}

void reinterpret_cast_demo()
{
    int i = 0;
    char c = 'c';
    int* pi = &i;
    char* pc = &c;
    
    pc = reinterpret_cast<char*>(pi);
    pi = reinterpret_cast<int*>(pc);
    pi = reinterpret_cast<int*>(i);
    c = reinterpret_cast<char>(i); // Error
}

void dynamic_cast_demo()
{
    int i = 0;
    int* pi = &i;
    char* pc = dynamic_cast<char*>(pi); // Error
}

int main()
{
    static_cast_demo();
    const_cast_demo();
    reinterpret_cast_demo();
    dynamic_cast_demo();
    
    return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
test.cpp: In function ‘void static_cast_demo()’:
test.cpp:11: error: invalid static_cast from type ‘int*’ to type ‘char*’
test.cpp: In function ‘void const_cast_demo()’:
test.cpp:22: error: invalid use of const_cast with type ‘int’, which is not a pointer, reference, nor a pointer-to-data-member type
test.cpp: In function ‘void reinterpret_cast_demo()’:
test.cpp:47: error: invalid cast from type ‘int’ to type ‘char’
test.cpp: In function ‘void dynamic_cast_demo()’:
test.cpp:54: error: cannot dynamic_cast ‘pi’ (of type ‘int*’) to type ‘char*’ (target is not pointer or reference to class)

将出错的几行代码注释后：

#include <stdio.h>

void static_cast_demo()
{
    int i = 0x12345;
    char c = 'c';
    int* pi = &i;
    char* pc = &c;
    
    c = static_cast<char>(i);
    //pc = static_cast<char*>(pi); // Error
}

void const_cast_demo()
{
    const int& j = 1;
    int& k = const_cast<int&>(j);
    
    const int x = 2;
    int& y = const_cast<int&>(x);
    
    //int z = const_cast<int>(x); // Error
    
    k = 5;
    
    printf("k = %d
", k);
    printf("j = %d
", j);
    
    y = 8;
    
    printf("x = %d
", x);
    printf("y = %d
", y);
    printf("&x = %p
", &x);
    printf("&y = %p
", &y);
}

void reinterpret_cast_demo()
{
    int i = 0;
    char c = 'c';
    int* pi = &i;
    char* pc = &c;
    
    pc = reinterpret_cast<char*>(pi);
    pi = reinterpret_cast<int*>(pc);
    pi = reinterpret_cast<int*>(i);
    //c = reinterpret_cast<char>(i); // Error
}

void dynamic_cast_demo()
{
    int i = 0;
    int* pi = &i;
    //char* pc = dynamic_cast<char*>(pi); // Error
}

int main()
{
    static_cast_demo();
    const_cast_demo();
    reinterpret_cast_demo();
    dynamic_cast_demo();
    
    return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out 
k = 5
j = 5
x = 2
y = 8
&x = 0x7ffd5a6a5650
&y = 0x7ffd5a6a5650

4.小结

• C++中内置了动态内存分配的专用关键字
• C++中的动态内存分配可以同时进行初始化
• C++中的动态内存分配是基于类型进行的
• C++中命名空间概念用于解决名称冲突问题
• C方式的强制类型转换
  1. 过于粗暴
  2. 潜在的问题不易被发现
  3. 不易在代码中定位
• 新式类型转换以C++关键字的方式出现
  1. 编译器能够帮助检查潜在的问题
  2. 非常方便的在代码中定位
  3. 支持动态类型识别( dynamic_cast )