C++备忘录

Zoran:

C++有什么办法可以将 vector快速的转换成 string 吗

ChatGPT:

在 C++ 中，可以很容易地将 vector<char> 快速地转换成 std::string。你只需使用 std::string 的构造函数，它接受两个迭代器作为参数，分别表示要复制的字符范围的开始和结束位置。以下是一个示例：


#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>

int main() {
    std::vector<char> vec {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', ',', ' ', 'W', 'o', 'r', 'l', 'd', '!'};

    // 使用范围构造函数将 vector<char> 转换为 std::string
    std::string str(vec.begin(), vec.end());

    std::cout << str << std::endl; // 输出：Hello, World!

    return 0;
}

在这个示例中，我们首先创建了一个 vector<char>，然后使用 std::string 的构造函数将其转换为字符串。vec.begin() 和 vec.end() 分别表示字符范围的开始和结束位置。

Zoran:

考虑 y 有以下代码, C++在头文件中, 类的成员函数在类外声明, 加上 inline 起到了什么作用:

#pragma once
#include <string>

class Postfix
{
public:
Postfix(const std::string& infix);

    Postfix(Postfix&&) = default;
    Postfix(const Postfix&) = default;
    Postfix& operator= (Postfix&&) = default;
    Postfix& operator= (const Postfix&) = default;
    ~Postfix();

private:
};

inline Postfix::Postfix(const std::string& infix)
{

}
inline Postfix::~Postfix()
{

}

ChatGPT:

在 C++中，在类外声明成员函数并添加inline关键字起到以下作用：

避免多重定义 ：使用inline关键字告诉编译器将此成员函数的定义内联展开。这意味着在编译期间，编译器会将调用此成员函数的地方替换为函数体本身，从而减少了函数调用的开销。由于inline函数在每个调用点都被展开，因此可以在多个源文件中包含相同的inline函数定义，而不会导致多重定义错误。
优化性能 ：内联函数的另一个优点是它们可以帮助提高程序性能。因为内联函数的代码直接插入到调用点，所以函数调用的开销得以避免。但是，需要注意的是，过度使用内联函数可能导致代码膨胀，反而影响性能。
强制内联 ：虽然 C++编译器通常会自动将简短的成员函数内联，但在某些情况下，编译器可能会忽略内联建议。通过显式添加inline关键字，可以要求编译器在可能的情况下强制将该成员函数内联。需要注意的是，inline关键字只是一个建议，编译器可能会根据具体情况决定是否实际内联该函数。

总之，将类成员函数在类外声明并添加inline关键字可以提高程序性能，避免多重定义错误，并在可能的情况下强制编译器进行内联。

Zoran:

现代编译器的 inline 不是会自己决定吗, inline 关键字现在还有用吗, 以 C++20 为标准

ChatGPT:

确实，现代 C++编译器（包括支持 C++20 的编译器）通常会自动决定是否对函数进行内联。编译器会根据函数的复杂性和其他因素自动选择内联或不内联。因此，显式地使用inline关键字在很多情况下可能不是绝对必要的。

然而，inline关键字在某些情况下仍然有用：

避免多重定义 ：如之前所述，inline关键字可以避免多重定义错误。当在头文件中定义函数时（尤其是模板函数），使用inline关键字可以确保在多个源文件中包含该头文件时不会出现链接错误。
明确表达意图 ：在某些情况下，显式使用inline关键字可以作为一种对其他程序员的提示，表明您希望该函数被内联。虽然这只是一个建议，但它可以帮助提高代码可读性。
强制内联 ：尽管编译器通常会自动决定内联，但在某些情况下，您可能希望强制编译器尝试内联特定函数。通过显式添加inline关键字，您可以向编译器发出强制内联的信号。但请注意，inline关键字仍然只是一个建议，编译器可能会根据具体情况决定是否实际内联该函数。

综上所述，虽然现代 C++编译器可以自动决定内联，但在某些特定情况下，显式使用inline关键字仍然有其价值。

Zoran:

为什么 constexpr 不能用于 std::map, 考虑以下代码:
constexpr std::map<char, int> PRIORITIES({
{‘+’, 1},
{ ‘-‘, 1},
{ ‘*‘, 2},
{ ‘/‘, 2},
{ ‘^’, 3},
{ ‘(‘, 0},
{ ‘)’, 0}
});

ChatGPT:

std::map是一个动态数据结构，它的内部使用平衡二叉树（通常是红黑树）来存储元素。在构造过程中，std::map需要动态分配内存来创建树的节点。constexpr要求在编译时计算值，而在编译时无法执行动态内存分配操作。

C++17 引入了std::map的不太灵活但在编译时可用的替代品std::array或std::pair的数组，以及在 C++20 中引入的std::span。使用这些替代品，您可以创建constexpr容器。例如，您可以将上述代码修改为：


#include <array>
#include <utility>

constexpr std::array<std::pair<char, int>, 7> PRIORITIES{{
    {'+',  1},
    { '-', 1},
    { '*', 2},
    { '/', 2},
    { '^', 3},
    { '(', 0},
    { ')', 0}
}};

Zoran:

C++的 switch-case 什么时候需要加{}什么时候不需要呢
ChatGPT:
在 C++中，当一个case中的代码块包含变量的初始化或声明时，需要使用大括号 {} 将其包围。这是因为在switch语句中，所有的case语句共享相同的作用域。因此，如果在一个case中声明变量而没有使用大括号，那么在其他case中可能会引发编译错误，因为变量名可能已经在其他地方声明过了。

以下是一个示例：

switch (value) {
    case 0: {
        int x = 0;
        // ...
        break;
    }
    case 1: {
        int x = 1;
        // ...
        break;
    }
    default: {
        // ...
    }
}

然而，如果您的case代码块中没有变量声明或初始化，那么就不需要使用大括号。例如：


switch (value) {
    case 0:
        // ...
        break;
    case 1:
        // ...
        break;
    default:
        // ...
}

在这种情况下，由于没有变量声明，所以不需要使用大括号。但请注意，为了代码的可读性和一致性，有时在没有变量声明的情况下仍然使用大括号也是可以接受的。

Zoran:

为什么这里直接传 test.first 会报错, 而先用 Type::str input = test.first 在传入 input 就不会报错了

ChatGPT:

这是因为，当您直接将 test.first 传递给 addConcatOperator() 函数时，您实际上正在尝试传递一个 const std::string 类型的引用，而不是一个可修改的 std::string 类型的引用。由于 addConcatOperator() 函数试图修改输入字符串，所以编译器不允许您传递一个 const 类型的引用，因为它是只读的。

在 for (auto test : all_tests) 循环中，test 变量实际上是一个 const std::pair<const std::string, std::string> 类型的副本。这意味着 test.first 和 test.second 都是 const 类型的值，不能被修改。

当您使用 Type::str input = test.first; 创建一个新的变量 input，您实际上是创建了一个 test.first 的副本，这个副本是一个可修改的 std::string。这就是为什么将 input 传递给 addConcatOperator() 函数不会报错。

如果您希望避免创建额外的副本，可以将循环变量声明为非 const 引用。这样，您可以直接传递 test.first，如下所示：


for (auto& test : all_tests) {
    addConcatOperator(test.first);
    std::cout << "Input: " << test.first << ", Output: " << test.second << std::endl;
}

请注意，这会修改 all_tests 中的键，这可能不是您期望的行为。在这种情况下，您需要权衡是否创建额外副本，还是直接修改原始数据。

Zoran:

如何让 input 的类型为 Type::str 呢:
for (auto [input, expected] : all_tests) {
auto left = std::move(input);
addConcatOperator(left);
EXPECT_EQ(expected, input);
}

ChatGPT:

在 C++17 中，结构化绑定并不直接支持引用类型。为了实现这一点，您可以采用以下方法：

首先，修改 all_tests 的类型为 std::vector<std::pair<Type::str, Type::str>>：


const std::vector<std::pair<Type::str, Type::str>> all_tests{
    {"ab", "a^b"},
    {"a|b", "a|b"},
    {"a*b", "a*^b"},
    {"(a)b", "(a)^b"},
    {"a(b)", "a^(b)"},
};

接下来，在 for 循环中，使用 std::tie 将 input 和 expected 绑定到 test 的成员：


for (auto& test : all_tests) {
    Type::str& input = test.first;
    const Type::str& expected = test.second;

    addConcatOperator(input);
    EXPECT_EQ(expected, input);
}

Zoran:

C++的构造函数里, 我希望委托给另一个函数处理, 比如我希望这里 NFA(const str& RE)和 parse 是同一个函数应该怎们办?

#pragma once
#include <Util.hpp>
#include <cassert>
#include <color.h>
#include <cstdint>
#include <fstream>
#include <map>
#include <set>
#include <stack>
#include <string>
#include <utility>

/**
 * @class NFA
 * @brief Thompson algorithm's NFA
 *
 */
class NFA
{
public:
    using state = uint32_t;
    using size_t = uint32_t;
    using str = std::string;
    using priority_t = uint32_t;

public:
    NFA() = default;
    explicit NFA(const str& RE) noexcept;
    NFA(NFA&&) = default;
    NFA(const NFA&) = default;
    NFA& operator= (NFA&&) = default;
    NFA& operator= (const NFA&) = default;
    ~NFA() = default;

public:
    void toDiagram(
        const str& filename, const std::ios_base::openmode flag = std::ios::app) const noexcept;
    void parse(const str RE, str&& info = "", NFA::priority_t priority = 1) noexcept;

    void clear() noexcept;
    friend std::ostream& operator<< (std::ostream& os, const NFA& nfa) noexcept;

private:
    static state new_state()
    {
        return _size++;
    }

private:
    std::map<std::pair<state, char>, state> transition {};
    std::map<state, std::set<state>> epsilon_transition {};
    state _start {};
    state _end {};


private:
    static std::map<state, std::pair<priority_t, str>> state_info;
    static size_t _size;
    str RE {};
    str postfix {};
    str preProcess {};
};

inline NFA::size_t NFA::_size {};
inline std::map<NFA::state, std::pair<NFA::priority_t, NFA::str>> NFA::state_info {};

/*
 *
 * INFO :
 * Thompson algorithm
 * meta characters : ( ) | * + ?
 */
inline NFA::NFA(const NFA::str& postfix) noexcept
{
    parse(postfix);
}


inline std::ostream& operator<< (std::ostream& os, const NFA& nfa) noexcept
{
    using namespace Color;

    os << Green << "start : " << End << nfa._start << '\n';
    os << Green << "end : " << End << nfa._end << '\n';
    os << Green << "transition : \n";
    for (const auto& [key, value] : nfa.transition) {
        os << Blue << key.first << End << " -" << Blue << key.second << End << "-> " << value
           << '\n';
    }


    os << Green << "epsilon transition : \n" << End;
    for (const auto& [key, value] : nfa.epsilon_transition) {
        os << Yellow << (key) << End << " -"
           << "epsilon"
           << "-> ";
        for (const auto& v : value) {
            os << v << ' ';
        }
        os << '\n';
    }
    return os;
}

inline void
    NFA::toDiagram(const std::string& filename, const std::ios_base::openmode flag) const noexcept
{
    using os = std::ofstream;
    os out { filename, flag };
    assert(out.is_open());

    out << "## " << RE << '\n';
    out << "### Preprocess : " << preProcess << '\n';
    out << "### Postfix : " << postfix << '\n';

    out << "```dot\n";

    out << "digraph G {\n";
    out << "rankdir=LR;\n";
    out << "node [shape = doublecircle]; " << _end << ";\n";
    out << "node [shape = circle];\n";

    for (const auto& [key, value] : transition) {
        out << key.first << " -> " << value << " [ label = \"" << key.second << "\" ];\n";
    }

    for (const auto& [key, value] : epsilon_transition) {
        for (const auto& v : value) {
            out << key << " -> " << v << " [ label = \"ε\" ];\n";
        }
    }

    out << "}\n";
    out << "```\n";
}

inline void NFA::clear() noexcept
{
    transition.clear();
    epsilon_transition.clear();
    _start = _end = 0;
}

inline void NFA::parse(NFA::str RE, str&& info, NFA::priority_t priority) noexcept
{
    using stack = std::stack<std::pair<state, state>>;
    this->clear();
    stack st {};

    this->RE = RE;
    Util::addConcatOperator(RE);
    this->preProcess = RE;
    Util::toPostfix(RE);
    this->postfix = RE;

    auto Kleene = [this, &st]() {
        auto new_start = new_state(), new_end = new_state();
        auto [start, end] = st.top();
        st.pop();

        epsilon_transition[new_start].emplace(start);
        epsilon_transition[new_start].emplace(new_end);

        epsilon_transition[end].emplace(start);
        epsilon_transition[end].emplace(new_end);

        st.push({ new_start, new_end });
    };

    auto Concat = [this, &st]() {
        auto [start1, end1] = st.top();
        st.pop();
        auto [start2, end2] = st.top();
        st.pop();

        epsilon_transition[end2].emplace(start1);

        st.push({ start2, end1 });
    };

    auto Union = [this, &st]() {
        auto new_start = new_state(), new_end = new_state();
        auto [start1, end1] = st.top();
        st.pop();
        auto [start2, end2] = st.top();
        st.pop();

        epsilon_transition[new_start].emplace(start1);
        epsilon_transition[new_start].emplace(start2);

        epsilon_transition[end1].emplace(new_end);
        epsilon_transition[end2].emplace(new_end);

        st.push({ new_start, new_end });
    };

    auto Char = [this, &st](const char ch) {
        auto start = new_state(), end = new_state();
        transition[{ start, ch }] = end;
        st.push({ start, end });
    };

    for (const auto ch : RE) {
        switch (ch) {
            case '*':
                Kleene();
                break;
            case '^':
                Concat();
                break;

            case '|':
                Union();
                break;

            default:
                Char(ch);
                break;
        }
    }

    assert(st.size() == 1);
    _start = st.top().first;
    _end = st.top().second;
    state_info[_end] = { priority, info };
}

ChatGPT:

为了将NFA(const str& RE)构造函数和parse方法合并为一个函数，您可以在NFA类内部创建一个私有静态函数，例如construct_nfa，该函数返回一个NFA对象。然后，在NFA(const str& RE)构造函数和parse方法中，调用这个静态方法来创建一个NFA对象。

首先，创建一个私有静态函数construct_nfa：

1
2
3


private:
    static NFA construct_nfa(const str& RE, str&& info = "", NFA::priority_t priority = 1) noexcept;

然后，在这个新方法中实现原本的parse函数的逻辑：


NFA NFA::construct_nfa(const str& RE, str&& info, NFA::priority_t priority) noexcept {
    NFA nfa;
    // 将原本的parse方法的逻辑放在这里
    // ...
    return nfa;
}

接下来，修改NFA(const str& RE)构造函数和parse方法，调用construct_nfa函数：


inline NFA::NFA(const NFA::str& RE) noexcept {
    *this = construct_nfa(RE);
}

inline void NFA::parse(const str& RE, str&& info, NFA::priority_t priority) noexcept {
    *this = construct_nfa(RE, std::move(info), priority);
}

这样，当调用NFA(const str& RE)构造函数和parse方法时，它们都将委托给construct_nfa方法来创建一个NFA对象。

Zoran:

那我主要希望不要让他们的函数接收一样的参数, 我改 parse 的参数的时候, NFA 的构造函数也就改了, 有什么办法们

ChatGPT:

如果您希望在更改parse方法的参数时，自动更新NFA(const str& RE)构造函数的参数，可以考虑使用 C++11 的变长模板参数。

首先，将construct_nfa方法更改为模板方法：


private:
    template <typename... Args>
    static NFA construct_nfa(Args&&... args) noexcept;

然后，将parse和NFA构造函数的参数转发给construct_nfa方法：


template <typename... Args>
NFA NFA::construct_nfa(Args&&... args) noexcept {
    NFA nfa;
    // 使用 std::forward<Args>(args)... 将参数转发给 parse 方法
    nfa.parse(std::forward<Args>(args)...);
    return nfa;
}

最后，更新NFA构造函数和parse方法：


template <typename... Args>
inline NFA::NFA(Args&&... args) noexcept {
    *this = construct_nfa(std::forward<Args>(args)...);
}

template <typename... Args>
inline void NFA::parse(Args&&... args) noexcept {
    // 在这里实现 parse 方法的逻辑
    // ...
}

现在，当您更改parse方法的参数时，NFA(const str& RE)构造函数的参数也会自动更新。请注意，这种方法可能导致编译时的二义性错误。为避免这种情况，您可以在类定义中添加特定于构造函数和parse方法的约束（例如std::enable_if）来限制可接受的参数类型。

Zoran:

C++通常如何编写声明式的 API 呢

ChatGPT:

在 C++中编写声明式 API，主要关注点在于抽象实现细节、专注于结果而不是过程。以下是一些建议和策略，可以帮助您在 C++中编写声明式 API：

使用高级抽象：使用类、结构体、模板和其他 C++特性来表示高级抽象，封装底层实现细节。
函数式编程：借鉴函数式编程的思想，使用不可变对象、纯函数、递归等。C++11 及更高版本引入了许多函数式编程特性，例如std::function、std::bind和 lambda 表达式。
使用 RAII（资源获取即初始化）：通过使用 RAII 模式来管理资源，可以简化资源管理，避免内存泄漏和资源泄漏。
使用智能指针：使用std::shared_ptr和std::unique_ptr来自动管理内存，避免手动分配和释放内存。
利用 STL（标准模板库）：STL 提供了一系列通用的数据结构和算法，例如std::vector、std::map、std::algorithm等。利用 STL 可以帮助您编写更简洁、高效的声明式代码。
设计易于组合的 API：将 API 设计为可组合的小部件，以便用户可以将它们组合以满足特定需求。这通常意味着 API 应该遵循“单一职责原则”。
使用类型安全的接口：尽可能使用类型安全的接口，例如使用枚举代替整数常量，使用std::variant或std::optional表示可选值等。
文档和示例：编写清晰的文档和示例，以帮助用户理解如何使用您的 API 以及期望的结果。

通过遵循这些建议和策略，您可以在 C++中创建声明式 API，从而使用户更容易理解和使用您的库或框架。

Zoran:

C++的成员函数会占相应的内存吗

ChatGPT:

C++成员函数不会为每个对象实例占用额外的内存。在 C++中，成员函数与类关联，而不是与类的每个实例关联。当您为类定义成员函数时，它们在内存中的存储与类的静态成员函数类似。也就是说，对于类的所有实例，只有一份成员函数的代码。

然而，成员函数可以访问实例的数据成员，这是通过在调用成员函数时隐式地传递一个指向实例的指针（通常名为this）来实现的。实际上，这意味着每个成员函数都有一个额外的隐式参数（this指针）。然而，this指针并不会为类的每个实例占用额外的内存，因为它仅在成员函数调用期间存在。

总之，在 C++中，成员函数不会为每个对象实例占用额外的内存。类的每个实例只需存储数据成员，而成员函数在内存中只有一份副本，可供所有实例共享。