高级 C++ 概念
C++ 是现代编程的基础语言之一。它从基础的 C 语言发展成为现代编程中非常强大的工具。C++ 的版本始于 C++ 98，现已更新至 C++ 20。自 C++ 11 更新以来，所有现代更新都统称为现代 C++。这些新版本拥有大量新功能，使该语言更加用户友好，功能更加丰富。其中一些新概念早已融入其他新语言，例如 Ethereum、Ruby、Python 和 Javascript。随着这些概念在 C++ 中的引入，如今的编程效率更高了。
以下是我们将要详细了解的高级 C++ 主题列表 -
随着 C++ 20 版本的推出，其他功能也已可用，这些功能稍微高级一些，将在本文的后续部分介绍。上面提到的特性也都是非常高级的概念，但本文提供的解释足以帮助读者深入了解现代 C++ 语言。
RAII(资源获取即初始化)
资源获取即初始化，通常缩写为 RAII，是一种用于内存管理的 C++ 技术。虽然 RAII 与 C++ 的关联通常是其研究的重点，但它的应用范围远不止语言限制。
简单来说，RAII 的定义是:以构造函数的形式为对象分配内存，然后使用析构函数释放分配的内存。因此，它属于面向对象编程 (OOP) 概念的一部分，该概念已在之前的专题中介绍过。
现在，您一定很想知道 RAII 究竟解决了哪些问题? RAII 的工作原理多种多样，其中一些如下:
本节前面部分已经讨论过其中一些主题，本文后面部分将讨论一些新概念。
那么，在编程中，尤其是在面向对象编程 (OOPS) 方面，资源 究竟是什么?
资源是在程序或程序序列编译或执行过程中可能需要的实体。资源示例包括 Stack、Heap、Memory、Files、Sockets(在套接字编程中)、Locks 和信号量等。这些资源对于程序的平稳运行至关重要。程序通过请求获取这些资源，例如调用 mutex() 方法获取互斥锁。
在使用 C 语言的传统编程中，我们使用 new() 和 delete() 的概念来创建实体，然后释放内存。这种传统概念虽然在 C++ 等面向对象编程语言中仍然可以接受，但不鼓励使用。在 C++ 中，RAII 的概念使得在作用域内分配和释放资源变得更容易。
新对象的使用期限就是对象的使用期限，构造函数可以创建并分配内存给对象，而析构函数可以在完成后自动释放内存。这使得 C++ 成为一种非常高效且用户友好的语言。让我们通过一个简单的例子来理解这一点。
示例
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
mutex m;
void bad() {
m.lock(); // 获取互斥锁
f(); // 如果 f() 抛出异常，则互斥锁永远不会被释放
if (!everything_ok())
return; // 提前返回，则互斥锁永远不会被释放
m.unlock(); // 如果 bad() 执行到此语句，则互斥锁会被释放
}
void good(){
lock_guard<mutex> lk(m); // RAII 类:获取互斥锁即初始化
f(); // 如果 f() 抛出异常，则释放互斥锁
if (!everything_ok())
return; // 提前返回，则释放互斥锁
}
int main(){
good();
bad();
return 0;
}
C++ 中的野指针
如果一个指针随机指向内存中的任意地址，则称为野指针。这种情况发生在程序中声明指针，但未初始化为指向某个地址值的情况。野指针与普通指针不同，它们也存储内存地址，但指向的是未分配的内存或已释放的数据值。
这些指针可能导致内存泄漏，本文后面将对此进行讨论。
示例
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main() {
int *ptr;
//此指针已声明但尚未初始化
//因此，它是一个野指针
cout<<*ptr<<endl;
int a=11;
ptr=&a;
cout<<*ptr<<endl<<ptr<<endl;
//一旦声明了一个值，它就变成了一个普通的指针
*ptr=10;
cout<<*ptr<<endl<<ptr;
return 0;
}
输出
-660944088 11 0x7ffcfb77825c 10 0x7ffcfb77825c
C++ 中的空指针
在早期版本的 C++ 中，NULL 被定义为指向非内存的 void 元素。允许将 NULL 转换为 int 或类似数据类型，但如果函数发生 重载，NULL 指针会抛出错误。
自 C++ 11 出现以来，NULL 被重新定义为 nullptr，这是一种特殊的数据类型，只能用作指向内存中不存在的地址的指针。
因此，在重新定义指针变量时，它可以充当指向任何位置的指针。与 NULL 不同，它不能隐式转换为整数类型，也不能与整数类型(例如 int 或 char)进行比较。因此，它必然会解决 NULL 的问题。
另外，在较新版本的 C++ 中，可以比较空指针，因此可以理解为指针可以与 bool 数据类型进行比较。
示例
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main() {
//int ptr=nullptr;
//这会引发编译器错误，因为它无法与 int 进行比较
//运行上面这行代码进行演示
int *ptr=nullptr;
if(ptr==nullptr) cout<<"true";
else cout<<"false";
return 0;
}
输出
true
C++ 中的内存泄漏
内存泄漏是许多计算设备中的一个主要问题，因为程序中编译器提供的栈和堆内存有限且成本高昂。当声明、使用新对象且未将其从内存中清除时，就会发生内存泄漏。如果程序员忘记使用删除操作，或者使用不当，就会发生这种情况。
内存泄漏会带来巨大的弊端，因为随着每个进程请求的到来，空间会呈指数级增长，而且必须为新进程分配新的内存空间，而不是清除不需要的内存。
给定的程序说明了使用 C++ 的程序中如何发生内存泄漏。
示例
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
void leak_func(){
int* p = new int(10);
//使用 new() 声明一个新对象
//没有 delete() 操作
return;
}
int main(){
leak_func();
return 0;
}
可以通过释放最初分配给 new() 对象的内存来避免这种情况。以下程序演示了如何避免内存泄漏。
示例
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
void leak_func(){
int* p = new int(10);
//使用 new() 声明一个新对象
delete(p);
return;
}
int main(){
leak_func();
return 0;
}
C++ 中的智能指针
随着 C++ 中 RAII 和 OOP 概念的引入，包装器类也被引入到 C++ 中。智能指针就是其中一个包装器类，它有助于确保不会出现内存泄漏和错误。
示例
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main() {
//int ptr=nullptr;
//这会引发编译器错误，因为它与 int 不可比
int *ptr=nullptr;
if(ptr==nullptr) cout<<"true";
else cout<<"false";
return 0;
}
输出
true
C++ 中的 Lambda 表达式
自 C++ 11 起，C++ 中允许使用 Lambda 表达式来解析内联函数，这些函数用于编写小段代码，无需指定函数名称和作用域。
语法
[ capture clause ] (parameters) -> return-type{
definition of method
}
这里，返回类型由编译器自行解析，无需指定函数的返回类型。但是，对于复杂的语句，需要指定返回类型才能使编译器正常运行。
外部变量可以通过以下方式捕获 -
- 通过引用捕获
- 通过值捕获
- 通过两者捕获(混合捕获)
捕获变量的语法如下 -
- [&] :通过引用捕获所有外部变量
- [=] :通过值捕获所有外部变量
- [a, &b] :通过值捕获 a，通过引用捕获 b
示例
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
void printvector(vector<int> &v){
// 打印向量的 lambda 表达式
for_each(v.begin(), v.end(), [](int i){
std::cout << i << " ";
});
cout << endl;
}
int main(){
vector<int> v;
v.push_back(10);
v.push_back(11);
v.push_back(12);
printvector(v);
return 0;
}
输出
10 11 12
