C++中常用關(guān)鍵字詳解(3)

位域

在C++中，位域（bit fields）是一種特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，允許將結(jié)構(gòu)體或類的成員變量按位進行分配。通過位域，可以有效地利用內(nèi)存，節(jié)省存儲空間，特別適用于表示布爾類型、標(biāo)志位或其他不需要完整字節(jié)的數(shù)據(jù)。

位域的語法格式如下：

struct MyStruct 
{
    dataType memberName : numBits;
};

其中，dataType是要存儲的數(shù)據(jù)類型，memberName是位域成員的名稱，numBits是分配給該成員的位數(shù)。numBits表示該成員所占用的位數(shù)，必須是正整數(shù)，不能超過數(shù)據(jù)類型的位數(shù)。

以下是一個簡單的例子，演示了C++類中位域的使用：

#include < iostream >

class MyFlags {
public:
    MyFlags() : isRed(0), isGreen(0), isBlue(0) {}

    // 位域成員
    unsigned int isRed : 1;
    unsigned int isGreen : 1;
    unsigned int isBlue : 1;
};

int main() {
    MyFlags myFlags;
    myFlags.isRed = 1;
    myFlags.isGreen = 0;
    myFlags.isBlue = 1;

    std::cout < < "Size of MyFlags: " < < sizeof(MyFlags) < < " bytes" < < std::endl;
    std::cout < < "isRed: " < < myFlags.isRed < < std::endl;
    std::cout < < "isGreen: " < < myFlags.isGreen < < std::endl;
    std::cout < < "isBlue: " < < myFlags.isBlue < < std::endl;

    return 0;
}

輸出可能為：

Size of MyFlags: 4 bytes
isRed: 1
isGreen: 0
isBlue: 1

在上述示例中，我們定義了一個名為MyFlags的類，其中包含三個位域成員isRed、isGreen和isBlue，每個成員都占用1位。由于unsigned int通常是4字節(jié)（32位），所以類MyFlags的大小為4字節(jié)。

在使用類中的位域時，需要注意類的成員訪問權(quán)限以及可能的內(nèi)存對齊問題。位域成員只能是整數(shù)類型或枚舉類型，并且不支持引用。類中的位域成員也受到相同的限制，不能超過其數(shù)據(jù)類型的位數(shù)。

使用位域時應(yīng)該謹慎考慮，確保了解位域的特性和限制，并在適當(dāng)?shù)那闆r下使用它們，以提高內(nèi)存利用效率。在需要移植性和可靠性的場景中，建議使用常規(guī)的數(shù)據(jù)成員而不是位域

extern “C”

在C++中，extern "C"是一個用于聲明C語言風(fēng)格的函數(shù)和變量的關(guān)鍵字。C++與C在編譯和鏈接過程中有一些差異，其中包括名稱修飾（name mangling）和函數(shù)重載等特性。使用extern "C"可以告訴C++編譯器將某些函數(shù)和變量按照C語言的規(guī)則進行處理，以實現(xiàn)C和C++之間的混合編程。

使用extern "C"有以下幾個常見的場景：

• C++調(diào)用C語言庫：當(dāng)C++代碼需要調(diào)用一個由C語言編寫的庫時，由于C和C++之間的名稱修飾不同，需要使用extern "C"來正確鏈接C語言的函數(shù)。
• C語言調(diào)用C++函數(shù)：當(dāng)C語言代碼需要調(diào)用一個由C++編寫的函數(shù)時，由于C++可能存在函數(shù)重載和其他特性，需要使用extern "C"來告訴C語言編譯器按照C語言的方式處理函數(shù)。

以下是一些示例，說明了extern "C"的用法：

1. C++調(diào)用C語言庫的示例：C++代碼（main.cpp）：

   #include < iostream >
   
   extern "C" 
   {
       void c_function(); // 聲明C語言風(fēng)格的函數(shù)
   }
   
   int main() 
   {
       c_function(); // 調(diào)用C語言風(fēng)格的函數(shù)
       return 0;
   }
   

   C語言代碼（c_library.c）：

   #include < stdio.h >
   
   void c_function() 
   {
       printf("This is a C function.n");
   }
   

2. C語言調(diào)用C++函數(shù)的示例：
   C++代碼（cpp_library.cpp）：

   #include < iostream >
   
   extern "C" 
   {
       void cpp_function(); // 聲明C語言風(fēng)格的函數(shù)
   }
   
   void cpp_function() 
   {
       std::cout < < "This is a C++ function." < < std::endl;
   }
   

   C語言代碼（main.c）：

   extern void cpp_function(); // 聲明C語言風(fēng)格的函數(shù)
   
   int main() 
   {
       cpp_function(); // 調(diào)用C++函數(shù)
       return 0;
   }
   

在上述示例中，我們通過使用extern "C"關(guān)鍵字來正確地鏈接C和C++之間的函數(shù)。

需要注意的是，extern "C"應(yīng)該只用于C和C++之間的函數(shù)和全局變量的聲明，而不應(yīng)該用于類的定義和成員函數(shù)。因為類的成員函數(shù)涉及到C++的特性，無法通過簡單的名稱修飾解決鏈接問題。在需要使用C++類的情況下，可以考慮提供一個純C接口來實現(xiàn)交互。

struct

在C++中，struct是用于定義自定義數(shù)據(jù)類型的關(guān)鍵字，它是一種用戶定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以包含不同類型的成員變量和成員函數(shù)。struct與class非常相似，但有一些不同之處。

以下是關(guān)于C++中struct的一些詳解：

1. 成員變量：struct可以包含不同類型的成員變量，這些成員變量默認是public（公共）訪問權(quán)限的。這意味著結(jié)構(gòu)體的成員可以從外部直接訪問和修改。

struct MyStruct 
{
     int x;  // 公共成員變量，默認訪問權(quán)限是 public
     double y; // 公共成員變量，默認訪問權(quán)限是 public
};

1. 成員函數(shù)：struct可以定義成員函數(shù)，用于操作和訪問結(jié)構(gòu)體的成員變量。

struct MyStruct 
{
    int x;

    void printX() 
    {
        std::cout < < "x = " < < x < < std::endl;
    }
};

1. 繼承：struct可以通過繼承派生出子結(jié)構(gòu)體。派生類繼承了基類的成員和方法。

struct Base 
 {
     int x;
 };

 struct Derived : Base 
 {
     double y;
 };

1. 構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)：struct可以定義構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)，用于對象的初始化和資源的清理。

struct MyStruct 
{
     int x;

     // 構(gòu)造函數(shù)
     MyStruct(int value) 
     {
         x = value;
     }

     // 析構(gòu)函數(shù)
     ~MyStruct() 
     {
         std::cout < < "MyStruct object destroyed." < < std::endl;
     }
 };

1. 類型別名：struct可以使用typedef來定義類型別名。

struct MyStruct 
{
    typedef int MyInt; // 定義類型別名 MyInt
    MyInt x;
};

需要注意的是，盡管struct和class都可以用來定義自定義數(shù)據(jù)類型，但它們有一些細微的差別：

• 在struct中，默認的成員訪問權(quán)限是 public ，而在class中，默認的成員訪問權(quán)限是 private 。
• 對于結(jié)構(gòu)體，默認繼承權(quán)限是 public ，而對于類，默認繼承權(quán)限是 private 。
• 在語法上，類可以使用class關(guān)鍵字或struct關(guān)鍵字來定義，而struct只能用于定義結(jié)構(gòu)體。
• 除了默認的訪問權(quán)限和默認繼承權(quán)限之外，struct和class在其他方面幾乎是相同的。使用哪個關(guān)鍵字取決于編程風(fēng)格和設(shè)計選擇。

union

在C++中，union是一種特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，允許在相同的內(nèi)存位置存儲不同的數(shù)據(jù)類型。union的所有成員共享相同的內(nèi)存空間，這使得union在一些特定情況下非常有用，例如節(jié)省內(nèi)存或進行類型轉(zhuǎn)換。

union的語法如下：

union UnionName 
{
    dataType member1;
    dataType member2;
};

其中，UnionName是union的名稱，dataType是要存儲在union中的數(shù)據(jù)類型。union的成員可以是不同類型的變量，但是所有成員共享同一塊內(nèi)存，只有一個成員可以被賦值。在任何時候，union中只有一個成員的值是有效的，而其他成員的值將是未定義的。

以下是一個簡單的示例，演示了union的用法：

#include < iostream >

union MyUnion 
{
    int intValue;
    double doubleValue;
    char charValue;
};

int main() 
{
    MyUnion u;

    u.intValue = 42;
    std::cout < < "intValue: " < < u.intValue < < std::endl;

    u.doubleValue = 3.14;
    std::cout < < "doubleValue: " < < u.doubleValue < < std::endl;

    u.charValue = 'A';
    std::cout < < "charValue: " < < u.charValue < < std::endl;

    // 輸出最后設(shè)置的成員值
    std::cout < < "intValue after charValue assignment: " < < u.intValue < < std::endl;

    return 0;
}

輸出可能為：

intValue: 42
doubleValue: 3.14
charValue: A
intValue after charValue assignment: 65

在上述示例中，我們定義了一個union MyUnion，它有三個成員intValue、doubleValue和charValue，分別是int、double和char類型。我們可以在不同的時間點給union的不同成員賦值。由于union的成員共享同一塊內(nèi)存，最后賦值的成員的值會覆蓋之前的值。

C++中除此之外的特性還有：

• 默認訪問控制符為 public
• 可以含有構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)
• 不能含有引用類型的成員
• 不能繼承自其他類，不能作為基類
• 不能含有虛函數(shù)
• 匿名 union 在定義所在作用域可直接訪問 union 成員
• 匿名 union 不能包含 protected 成員或 private 成員
• 全局匿名聯(lián)合必須是靜態(tài)（static）的

#include< iostream >
union UnionTest 
{
    UnionTest() : i(1) {};
    int i;
    double j;
};
static union 
{
    int i;
    double j;
};
int main() 
{
    UnionTest u;
    union 
    {
        int i;
        double j;
    };
    std::cout < < u.i < < std::endl; // 輸出 UnionTest 聯(lián)合的 1
    ::i = 2;
    std::cout < < ::i < < std::endl; // 輸出全局靜態(tài)匿名聯(lián)合的 2
    i = 3;
    std::cout < < i < < std::endl; // 輸出局部匿名聯(lián)合的 3
    return 0;
}

需要特別注意的是，使用union需要非常小心，因為它的行為容易導(dǎo)致難以預(yù)料的結(jié)果。由于union沒有記錄當(dāng)前存儲的數(shù)據(jù)類型，所以在使用時需要確保正確理解其成員的含義，并避免出現(xiàn)未定義行為。一般來說，union應(yīng)該在需要特殊的內(nèi)存布局和節(jié)省內(nèi)存時才使用，并且應(yīng)該小心處理其中的數(shù)據(jù)。在現(xiàn)代C++編程中，更傾向于使用std::variant或std::any等類型安全的替代方案。