C++ 基础知识点整理

一、变量类型及其存储特性

【记忆口诀】三变量，作用域不同；生命周期各有别，存储位置要分清

1.1 静态局部变量、全局变量、局部变量的特点与使用场景

定义与特性：

静态局部变量：函数内定义，static修饰；生命周期为整个程序，仅初始化一次，存储在数据段
全局变量：函数外定义；生命周期为整个程序运行区间，程序中任何地方可访问，存储在数据段或BSS段
局部变量：函数内定义；作用域和生命周期仅限于函数体内，每次调用重新创建，存储在栈上

表格对比：

分类	局部变量	静态局部变量	全局变量
作用域	当前函数或者代码块内	当前函数内部（外部不能访问）	整个程序内
生命周期	每次进入函数创建，用完就没	程序一运行就存在，一直到程序结束	程序启动时创建，程序结束才销毁
初始化行为	（不赋值则值为随机值，取决于栈区残留数据）	（仅初始化一次，基本类型默认值为0，存储在数据段）	（基本类型默认初始化为0，存储在数据段或BSS段）
存储位置	栈区（stack），速度快但不持久	数据段或BSS段（非栈），可长期保存	数据段或BSS段，生命周期长
适合场景	做临时运算，比如循环里的变量、临时数组等	想在函数里"记住之前的值"，如统计次数、递归深度控制等	整个程序都需要共享的变量，比如配置信息、缓冲区等

代码示例：

// 静态局部变量示例
void counter() {
    static int count = 0;  // 静态局部变量
    count++;
    cout << "Static local count: " << count << endl;
}

// 全局变量示例
int globalVar = 100;  // 全局变量
void modifyGlobal() {
    globalVar += 50;
    cout << "Modified global: " << globalVar << endl;
}

// 局部变量示例
void calculate() {
    int localVar = 5;  // 局部变量
    localVar *= 2;
    cout << "Local variable: " << localVar << endl;
}

二、指针与引用

【记忆口诀】指针是地址变量，引用是变量别名；指针可变可空，引用必须初始化且不可变

2.1 指针和引用的区别

指针特性：

存储另一个变量的内存地址，使用时需解引用（*）访问目标值
可重新赋值指向其他对象，支持指针算术（如++）
可为空（nullptr），有独立内存空间（通常4或8字节）
需要手动管理动态内存

引用特性：

变量的别名，绑定后不能修改指向，且不能为空
使用时无需解引用，语法上更简洁
无独立内存空间，与目标变量共享内存
无需手动管理内存

核心区别：不存在指向空值的引用，但存在指向空值的指针

const修饰对比：

指针：const int* p（指向常量的指针）、int* const p（指针常量）、const int* const p（指向常量的指针常量）
引用：没有const引用，但可以绑定到const对象（const int&）

使用场景：

指针：处理可能为NULL的情况（如可选参数）、需要改变指向的对象（如遍历链表）、动态内存分配、多级间接访问
引用：函数参数传递（避免拷贝开销）、必须绑定到有效对象的场景、链式调用、运算符重载

三、数据类型

【记忆口诀】整型长度有规范，short 16 int自然，long 32 long long 64

3.1 整型数据长度标准

C++整型数据长度规范：

short 至少 16 位
int 至少与 short 一样长
long 至少 32 位，且至少与 int 一样长
long long 至少 64 位，且至少与 long 一样长

在大多数系统中：

short 为 16 位（2字节）
int 为 32 位（4字节）
long 为 32 位（4字节）
long long 为 64 位（8字节）

无符号类型：

不存储负数值的整型，可以增大变量能够存储的最大值，数据长度不变
int 被设置为自然长度，即计算机处理起来效率最高的长度

四、关键字解析

【记忆口诀】const只读，static控作用域，extern跨文件，define预处理替换

4.1 const关键字

主要作用：指定变量、指针、引用、成员函数等的不可修改性质

常见用法：

常量变量：声明常量，使变量的值不能被修改
常量指针（const int* p）：指向常量的指针，不能通过指针修改对象的值
指针常量（int* const p）：指针本身是常量，不能改变指针指向
常量成员函数：函数不会修改对象的成员变量（除mutable修饰的成员）
常量引用参数：函数不会修改传入的参数

4.2 static关键字

主要作用：控制变量和函数的生命周期、作用域以及访问权限

不同场景下的作用：

静态局部变量：生命周期延长至程序结束，作用域限于函数内部，仅首次初始化
静态全局变量/函数：限制作用域为当前文件，避免命名冲突
静态成员变量：属于类而非对象实例，所有对象共享同一份数据，必须在类外初始化
静态成员函数：不依赖于对象实例，无this指针，只能访问类的静态成员

4.3 extern关键字

主要作用：声明全局变量或函数，实现跨文件共享

常见用法：

变量声明：extern int x;（声明不分配内存，定义需在其他文件中）
C++与C混合编程：extern "C" { /* C函数声明 */ }
防止重复定义：在头文件中用extern声明变量，源文件中定义

4.4 define和typedef的区别

define：

简单的字符串替换，无类型检查
编译预处理阶段起作用
不分配内存，多次使用多次替换

typedef：

有对应的数据类型，进行类型检查
编译、运行时起作用
在静态存储区分配空间，程序运行过程中内存中只有一个拷贝

4.5 define和inline的区别

define：

预编译时处理的宏，简单字符串替换，无类型检查

inline：

编译时将函数体直接插入调用处，减少函数调用开销
是一种特殊函数，进行类型检查
对编译器的请求，可能被拒绝

C++中inline编译限制：

不能存在任何形式的循环语句
不能存在过多的条件判断语句
函数体不能过于庞大
内联函数声明必须在调用语句之前

4.6 constexpr和const

const：表示"只读"的语义，可定义编译期常量或运行期常量

constexpr：表示"常量"的语义，只能定义编译期常量

关系：标记为constexpr的变量或成员函数自动成为const，但反之不成立

constexpr变量：必须使用常量初始化，如constexpr int MOD = 1000000007;

constexpr函数：函数的返回类型和所有形参类型都是字面值类型，C++14起允许函数体包含多条语句

五、内存管理

【记忆口诀】new/delete是运算符，调用构造与析构；malloc/free是函数，仅管内存不处理对象

5.1 new和malloc的区别

new内存分配失败时抛出bac_alloc异常，不返回NULL；malloc失败时返回NULL
new无需指定内存块大小；malloc需要显式指出所需内存尺寸
operator new/operator delete可重载；malloc/free不可重载
new/delete会调用对象的构造函数/析构函数；malloc不会
malloc/free是C++/C标准库函数；new/delete是C++运算符
new从自由存储区分配内存；malloc从堆上分配内存

5.2 std::atomic

作用：提供原子操作，解决多线程中的数据竞争问题

背景：看似原子的操作（如a++、int a = b）在汇编级别实际上是多条指令，在多线程环境下可能导致不确定结果

使用示例：

1 2	std::atomic<int> value; value = 99;

注意：C++11起，局部静态变量的初始化是线程安全的

六、函数与操作符

【记忆口诀】函数指针指向函数，指针函数返回指针；前置++效率高，后置++需临时对象

6.1 函数指针

定义：指向函数的指针变量，用于存储函数的地址，允许在运行时动态选择调用的函数

声明形式：返回类型 (*指针变量名)(参数列表)

使用场景：

回调函数
函数指针数组（实现状态机）
动态加载库
多态实现
函数指针作为参数

示例：

1
2
3

int add(int a, int b) { return a + b; }
int (*operationPtr)(int, int) = &add;
int result = operationPtr(10, 5);

6.2 函数指针和指针函数的区别

函数指针：指向函数的指针变量，如int (*ptr)(int, int)

指针函数：返回指针类型的函数，如int* getPointer()

6.3 前置++与后置++

前置++实现：返回引用，效率更高

self &operator++() {
    node = (linktype)((node).next);
    return *this;
}

后置++实现：返回临时对象，开销较大

const self operator++(int) {
    self tmp = *this;
    ++*this;
    return tmp;
}

后置++特点：

通过添加无意义的int占位参数区分
返回对象而非引用（因为临时对象会被销毁）
通常加const修饰防止连续调用（如i++++）

七、类与结构体

【记忆口诀】struct默认公有，class默认私有；继承方式也不同，struct默认公有继承

7.1 struct和Class的区别

相同点：

如果没有定义任何构造函数，编译器都会生成默认的无参数构造函数

不同点：

struct成员默认是公有的（public）；class成员默认是私有的（private）
struct继承时默认使用公有继承；class继承时默认使用私有继承
struct通常用于表示一组相关的数据；class通常用于表示封装了数据和操作的对象

八、类型转换

【记忆口诀】四种转换各不同，static_cast最常用；dynamic_cast带检查，reinterpret_cast最危险；const_cast去常量

8.1 C++强制类型转换

static_cast：

没有运行时类型检查，安全性取决于转换的合理性
用于基本数据类型之间的转换，上行转换（派生类→基类）安全
下行转换（基类→派生类）不安全

dynamic_cast：

进行下行转换时具有类型检查功能，更安全
要求转换类型是类的指针、引用或void*，基类必须有虚函数
转换失败时返回nullptr（指针）或抛出异常（引用）

reinterpret_cast：

可将指针转换为其他类型的指针，整型与指针互转
转换行为依赖平台实现，移植性差

const_cast：

将常量指针转换为非常量指针，常量引用转换为非常量引用
去掉类型的const或volatile属性

九、其他重要概念

【记忆口诀】nullptr是C++11关键字，类型安全指针空值；sizeof编译期计算，获取大小要记清

9.1 nullptr与NULL的区别

nullptr：

C++11引入的关键字，表示特殊的空指针类型（std::nullptr_t）
可隐式转换为任意指针类型，但不能转换为整数类型
类型安全，推荐使用

NULL：

宏定义，通常定义为0或(void*)0
本质是整数常量，可隐式转换为指针类型，但可能引发歧义
不推荐使用

9.2 sizeof操作符

作用：获取变量或类型所占用的字节数，编译时计算

语法：

sizeof(type)：获取类型大小
sizeof(expression)：获取表达式结果类型的大小
sizeof var：获取变量大小（括号可选）

重要特性：

不执行表达式，仅分析类型
数组名作为参数时返回整个数组的大小，但在函数参数中数组退化为指针
空类大小为1字节（C++要求每个对象有唯一地址）
包含虚函数的类大小通常包含虚函数表指针

常见用途：

内存分配和释放
数组遍历
跨平台兼容性处理
模板元编程中的类型特征判断