C语言和C++对比
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关联知识点：C和C语言区别
（1）C 语言的特点
简洁与高效：C 语言被设计为一种系统级的编程语言，它提供了对硬件的直接访问能力，并且编译后的代码通常非常紧凑，运行效率高。
全局数据：在 C 中，全局变量是一种常见的做法，尤其是在小型项目中，因为它们可以简化变量的共享和函数间的数据传递。
程序性编程：C 主要支持过程式编程，这意味着它的代码组织围绕着函数或过程，而不是对象。
（2）C++ 语言的特点
面向对象：C++ 引入了类（class）的概念，允许开发者定义抽象数据类型（ADT），并通过继承、多态等特性来构建复杂的类层次结构。
数据封装：通过将数据成员和操作这些数据的方法封装在一起，C++ 提供了一种保护内部状态不被外部直接修改的方式，这有助于提高代码的安全性和可维护性。
模板：C++ 模板提供了一种泛型编程的能力，使得我们可以编写能够处理多种数据类型的代码，比如容器类或者算法，而不需要针对每种类型都写一套特定的实现。
对于那些需要迅速完成并且要求极高执行效率的应用程序来说，C 语言可能是一个更好的选择。因为它更接近底层，程序员可以直接控制内存管理，没有像 C++ 那样的额外开销。如果考虑一个长期的项目，可能会经历多次迭代更新，那么 C++ 提供的面向对象特性和强大的模板功能可以帮助构建更加健壮、易于维护和扩展的软件架构。
加上封装后的布局成本
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关联知识点：内存布局
（1）数据成员
空间成本：如果只包含简单的数据成员，那么这些数据成员会直接存储在每个对象实例中，就像C中的struct一样。类不会比等效的C struct更耗费内存。
访问成本：对于非虚成员函数和内联函数，访问数据成员的时间开销通常是微不足道的，因为编译器可以优化这些调用，类似于直接访问结构体成员。
（2）成员函数
空间成本：成员函数并不存储在每个对象实例中。它们存储在代码段，并且每个函数只有一个副本，无论创建了多少个类的对象。这意味着成员函数的存在并不会增加每个对象的大小。
执行期绑定：当使用非虚拟成员函数时，函数调用可以在编译时确定，与普通函数调用没有区别。但如果成员函数被声明为virtual，则会引入运行时多态性，需要额外的间接跳转来决定具体调用哪个派生类的函数。这涉及到一个虚函数表（vtable）和指向这个表的指针，导致一定的性能开销。
内联函数：如果成员函数被定义为inline，编译器可以选择将其展开到调用点，以减少函数调用开销。但是如果该内联函数在一个模块中有多个定义，可能会导致每个模块都生成一份拷贝，增加了代码体积但不增加运行时开销。
（3）虚拟基类与多重继承
虚拟基类：当基类在继承层次中多次出现，并且你希望确保只有一个共享实例时，可以使用虚拟基类。这会在子类对象中引入一些额外的数据结构来支持单一实例共享，从而可能略微增加对象的大小。
多重继承：在多重继承的情况下，特别是当有复杂的转换发生时（比如从派生类向其中一个基类进行类型转换），编译器需要维护一些额外的信息来正确处理这种情况，这也可能导致一定程度的性能损失。
C++对象模式
C++中，有两种class data members: static和nonstatic,以及三种class member functions: static、nonstatic和 virtual。
模型的基本思想是将类的每个成员(无论是数据成员还是函数成员)都分配一个槽位（slot），并且这些槽位按照成员在类中声明的顺序排列。槽位可以看作是指向成员的一个指针或者索引。槽位按照成员在类定义中的声明顺序依次排列。
（1）统一处理:不论是数据成员还是函数成员，都采用相同的处理方式，通过槽位来访问。简化了编译器的设计，因为不需要区分不同类型的成员。
（2）间接访问：由于每个成员都有自己的槽位，因此访问成员时需要通过槽位进行间接访问。对于数据成员来说，需要额外的一层指针解引用；对于函数成员来说，调用函数时也需要通过一个中间步骤来查找实际的函数地址。
表格驱动对象模型
在这种模型中，所有与成员相关的信息被提取出来，并且存储在两个独立的表中：
一个是数据成员表（data member table），另一个是成员函数表（member function table）。每个类对象则包含指向这两个表的指针。
数据成员表直接持有类的所有数据成员的实际值。数据成员按照它们在类中声明的顺序排列在这个表中。当程序需要访问某个数据成员时，它会通过类对象中的指针找到对应的数据成员表，然后根据成员的位置索引直接读取或写入数据。
成员函数表是一系列的槽位（slots），每个槽位包含一个指向实际成员函数的指针。这些槽位同样按照成员函数在类中声明的顺序排列。当调用一个成员函数时，程序会通过类对象中的指针找到对应的成员函数表，然后根据函数的位置索引找到正确的函数指针并执行该函数。
类对象本身主要包含两个指针，分别指向数据成员表和成员函数表。类对象只包含两个指针，因此它的大小固定，不会随着成员数量的变化而变化。无论类有多少个成员，所有的类对象都有一致的结构，即都是两个指针。
C++ 对象模型
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关联知识点：static关键字
（1）数据成员
非静态数据成员直接存储在每个类对象（class object）内部。这意味着当创建一个类的对象时，这些数据成员会作为对象的一部分分配在内存中。由于这些数据成员直接位于对象内部，因此可以直接通过对象指针或引用访问它们，这提供了高效的访问速度。
静态数据成员被存储在所有类对象之外的一个单独区域。无论创建了多少个类对象，静态数据成员只有一个实例，并且所有对象共享这个实例。静态数据成员可以通过类名或对象名来访问，但它并不属于单个对象，而是整个类的一部分。
（2）成员函数
无论是静态还是非静态成员函数，都不存储在类对象内部。
成员函数代码通常存放在程序的代码段中，每个函数只有一个副本。成员函数通过对象调用时，编译器会生成相应的调用指令。对于非虚拟成员函数，调用是直接的；对于虚拟成员函数，则需要通过虚函数表（vtable）进行间接调用。
（3）虚函数
虚函数表 (vtable)：每个包含虚拟函数的类都会有一个对应的虚函数表。虚函数表是一个指针数组，其中每个元素指向一个具体的虚函数实现。
虚函数指针 (vptr)：每个含有虚函数的对象都有一个隐藏的指针（通常称为vptr），指向其类的虚函数表。这样，在运行时可以动态地决定调用哪个版本的虚函数。
RTTI ：虚函数表的第一个槽位通常用于存放类型信息(type_info)，以支持运行时类型识别(RTTI)。
加上继承
C++的继承可以是单继承，多重继承或者虚拟继承，以及这些机制对对象布局和访问效率的影响。
单继承：C++允许一个派生类(derived class)继承自一个基类(base class)。
class Library_materials { ... };
class Book : public Library_materials { ... };
class Rental_book : public Book { ... };book继承自Library_materials，而Rental_book继承自Book。
多重继承：C++也支持多重继承，即一个类可以继承自多个基类。
class iostream : public istream, public ostream { ... };虚拟继承
虚拟继承用于解决多重继承中可能出现的“菱形继承问题”，即当多个基类继承自同一个祖先类时，派生类最终可能会包含多个相同的基类实例。
菱形继承的坏处：
class A {public:int value;};
class B:public A{};
class C:public A{};
class D:public B,public C{};如果派生类同时继承自多个基类，而这些基类都直接或间接继承自同一个祖先类，派生类就会包含多个该祖先类的实例。
类D包含两个A的实例，一个通过B，一个通过C，导致了数据冗余。当需要访问祖先类的成员时，会出现不确定性。如果我们在派生类D中访问value，编译器将无法确定应该使用哪个A的实例。
由于每个相同的基类实例都占用内存，菱形继承会导致内存使用效率降低。例如，如果A类很大，D类将会消耗更多内存。
D d;
d.value=10;//编译错误:不明确在虚拟继承中，基类只会有一个实例，派生类共享这个实例。
如果在多个基类中重定义了相同的方法，派生类在调用这些方法时会引发二义性。
class A {
public:void display() { std::cout << "A" << std::endl; }
};
class B : public A {
public:void display() { std::cout << "B" << std::endl; }
};
class C : public A {
public:void display() { std::cout << "C" << std::endl; }
};
class D : public B, public C { };
D d;
d.display(); // 编译错误：不明确D不知道是应该调用 B 的 A::display() 还是 C 的 A::display()。D 有两个A的实例，所以它不明确地知道应该调用哪个 display()。
解决方法是使用虚拟继承
class A{
public:void display(){std::cout<<"A"<<std::endl;}
};
class B:virtual public A
{
public:void display(){std::cout << "B" << std::endl;}
};
class C:virtual public A
{
public:void display(){ std::cout << "C" << std::endl;}
};
class D:public B,public C {
};
int main(){D d;d.display();
// B和C虚继承自A。D类从B和C派生，并且B和C都重写了A中的display方法。
// 当尝试通过D的对象调用display时，编译器不知道应该使用B的display还是C的display，这就导致二义性
// 正确的是使用D.B::display...
}在构造D对象时，构造函数的调用顺序:
虚基类：调用最底层的虚基类构造函数(A)。
非虚基类：按照它们在派生列表中的顺序调用非虚基类的构造函数。在这个例子中，B和C是非虚基类。
派生类：最后调用派生类D的构造函数。
class istream : virtual public ios { ... };
class ostream : virtual public ios { ... };iostream类从istream和ostream继承，而这两个类都虚拟继承了ios类。因此，即使iostream间接继承了ios两次（通过istream和ostream），它在内部只会包含一个ios的实例。这种情况下，称为虚拟基类(virtual base class)。
继承模型:
简单的继承模型：
在C++最初的继承模型中，基类的成员直接被放置在派生类对象中。这意味着派生类可以直接访问基类的数据成员，不需要任何间接性。这种方式的好处是访问效率高，因为没有额外的指针或查找过程。
直接将基类成员嵌入到派生类对象中，使得内存布局紧凑，并且对基类成员的访问非常快。编译器可以很容易地生成这样的代码，它不涉及复杂的间接寻址。
如果基类有任何变化（如添加、删除或修改成员），所有使用该基类或其派生类的对象都需要重新编译。这是因为基类的变化会直接影响派生类对象的内存布局。
指针复制的方法：
在每个派生类中复制一个指向每一个相关基类的指针，这可以提供恒定时间的访问，但需要额外的内存来存放这些指针。
固定访问时间：无论继承层次多深，访问基类成员的时间都是固定的。
额外空间开销：每个派生类对象需要额外的空间来存放指向基类的指针。
虚继承
虚继承引入了间接性，以确保一个公共基类在派生类层次结构中只有一个实例。这通常通过为每个虚拟基类引入一个指向其位置的指针来实现。这些指针可能存储在一个虚函数表（vtable）中，或者作为单独的指针存在于每个派生类对象中。
优点：
（1）单一实例：保证了一个公共基类在派生类层次中只有一个实例，这对于某些设计模式（如组合/聚合）是非常有用的。
（2）减少冗余：避免了由于多次继承而导致的数据冗余。
缺点：
（1）增加了间接性：访问虚基类的成员需要通过指针间接完成，这可能会导致性能下降。
（2）复杂性增加：编译器需要处理更多的细节来维护虚基类的位置，这可能会使内存布局和运行时行为更加复杂。
（3）额外空间开销：为了跟踪虚基类的位置，每个派生类对象可能需要额外的空间来存储指针。
虚继承的内存模型在3.4节有详细讲，之后回来补充。
关键词所带来的差异
与C语言的兼容性（函数指针为例）：
C++被设计为对C语言的一种扩展，C++必须能够编译大部分有效的C代码。由于C++保留了C的声明语法，有时会导致编译器难以区分某些语句是函数声明还是函数调用。这需要编译器进行“向前预览”来解决歧义，增加了语言解析的复杂度。
在C++中，一个典型的例子是函数指针的声明与函数调用之间的歧义。考虑以下C++语句：
int(*pf)(1024);这个语句既可以解释为一个函数指针pf的声明，也可以解释为一个名为pf的函数调用。
函数指针声明：int(*pf)(1024); 声明了一个指向函数的指针pf，该函数接受一个整数参数并返回一个整数。
函数调用：如果pf已经被定义为一个函数，那么int(*pf)(1024); 可能会被误解为对pf函数的调用，并且将结果赋值给一个整型变量。
编译器如何解决歧义
为了解决这种歧义，编译器需要进行“向前预览”（lookahead），即提前查看更多的上下文信息来确定正确的解析方式。在这个例子中，编译器会检查1024是否是一个有效的函数调用参数。如果1024是一个常量或表达式而不是标识符，那么它更可能是一个函数指针的声明，因为函数调用通常不会直接使用数字作为参数名。编译器必须执行更多的工作来解析这些复杂的声明，这可能会导致编译时间的增加。
代码可读性降低：对于人类程序员来说，这样的声明也可能难以阅读和理解，增加了维护代码的难度。
（这个问题没有搞懂）
为了避免这种歧义，C++11引入了新的语法，允许使用auto关键字和类型推导来简化函数指针的声明。
auto pf = [](int x) -> int { return x; }; // 使用lambda表达式初始化函数指针或者使用std::function：
#include <functional>
std::function<int(int)> pf = [](int x) { return x; };这减少了编写和解析复杂声明时的错误。虽然C++保留了C的语法以保持兼容性，但这确实带来了一些额外复杂，现代C++通过引入新的特性和语法试图减轻这些问题。
struct和class的使用
在C++中，struct和class关键字几乎可以互换使用，但它们的历史背景不同。struct源自C语言，主要用于定义数据结构；class则是C++引入的，用于实现面向对象编程中的封装、继承等特性。尽管如此，在实际使用中，两者都可以用来定义具有相同特性的用户自定义类型。
struct和class的实际区别：从语言的角度来看，struct默认成员访问级别为public，而class则默认为private。但是，这个默认行为可以通过显式指定访问控制符来改变，因此两者的功能上并没有本质的区别。
模板参数列表中的关键字：在早期的C++版本中，模板参数列表里只能使用class关键字，而不能使用struct。后来这个问题得到了修正，使得两种关键字都能被接受。
虽然从技术角度讲，C++只需要保留struct或引入新的class关键字之一即可，但实际上保留struct是为了方便C程序员过渡到C++，同时引入class则是为了表达C++特有的面向对象编程理念。
（标准答案：看个人喜好）
策略性正确的 struct
在C语言中，有时会使用一种技巧来创建可变大小的结构体。
struct mumble {/* stuff */char pc[1];
};//从文件或标准输入装置中取得一个字符串.
//然后为struct本身和该字符串配置足够的内存.
struct mumble *pmumble = (struct mumble*)malloc(sizeof(struct mumble) + strlen(string) + 1);
strcpy(pmumble->pc, string);这里char pc[1]实际上是一个占位符，用于动态分配额外的内存。通过这种方式，可以分配足够的内存来存储一个字符串。
这种方法依赖于结构体成员在内存中的布局是连续的，并且可以扩展最后一个成员的大小。
在C++中，如果将上述技巧应用于类，可能会遇到以下问题：
访问控制：C++类可以有多个访问控制部分（public, protected, private），这些部分的数据成员在内存中的排列顺序是不确定的。
class stumble {
public:// operations ...
protected:// protected stuff
private:/* private stuff */char pc[1];
};char pc[1]的位置可能因为不同的编译器优化而变化，导致无法保证与C语言中相同的内存布局。如果类是从其他类派生的，基类和派生类的数据成员的布局也是不确定的。这会影响内存布局的一致性。如果类中有虚函数，编译器会在每个对象中插入一个指向虚函数表的指针（vtable pointer），这也会影响内存布局。
对象的差异
C++程序设计模型支持的三种编程范式
过程式编程范式 ：
类似于C语言，使用函数和全局变量。
char boy[] = "Danny";
char *p_son;
p_son = new char[strlen(boy) + 1];
strcpy(p_son, boy);
if (!strcmp(p_son, boy)) {take_to_disneyland(boy);
}抽象数据类型模型 (ADT)
提供一组公开接口，内部实现细节隐藏。
String girl = "Anna";
String daughter = girl;
if (girl == daughter) {take_to_disneyland(girl);
}面向对象编程范式
通过继承和多态来封装和扩展功能。
class Library_materials {
public:virtual bool late() const = 0;virtual void fine() = 0;virtual void check_in() = 0;virtual Lender* reserved() const = 0;virtual void notify(Lender* plend) = 0;
};
class Book : public Library_materials {
public:// 实现基类的纯虚函数
};
void check_in(Library_materials* pmat) {if (pmat->late()) {pmat->fine();}pmat->check_in();if (Lender* plend = pmat->reserved()) {pmat->notify(plend);}
}多态和切片问题
多态通过基类指针或引用调用派生类的方法。通过虚函数机制在运行时动态绑定具体的方法。
切片问题
将派生类对象赋值给基类对象时，派生类特有的部分会被“切掉”。
Library_materials thing1;
Book book;
thing1 = book; // 切片问题
thing1.check_in(); // 调用的是 Library_materials::check_in()解决方案：使用基类指针或引用。
Library_materials& thing2 = book;
thing2.check_in(); // 调用的是 Book::check_in()类对象的内存布局
一个类对象所需的内存大小包括：
非静态数据成员的总和大小。
由于对齐需求而填充的空间（可能存在于成员之间或集合体边界）。
支持虚函数的额外开销(通常是虚函数表指针)。
指针的类型
32位机器上指针都是32位，从内存角度来看，并没有什么区别。
跟编译器如何解释指针指向内存内容有关。转换(cast)其实是一种编译器指令。大部分情况下它并不改变一个指针所含的真正地址，只影响“被指出之内存的大小和其内容"。
