基础

今天我们就正式开启了 C++ 的学习之旅，作为第一讲，我想先带你把地基打牢。我们来学习一下内存管理的基本概念，大致的学习路径是：先讲堆和栈，然后讨论 C++ 的特色功能 RAII。掌握这些概念，是能够熟练运用 C++ 的基础。 基本概念 堆，英文是 heap，在内存管理的语境下，指的是动态分配内存的区域。这个堆跟数据结构里的堆不是一回事。这里的内存，被分配之后需要手工释放，否则，就会造成内存泄漏。 C++ 标准里一个相关概念是自由存储区，英文是 free store，特指使用 new 和 delete 来分配和释放内存的区域。一般而言，这是堆的一个子集： new 和 delete 操作的区域是 free store malloc 和 free 操作的区域是 heap 但 new 和 delete 通常底层使用 malloc 和 free 来实现，所以 free store 也是 heap。鉴于对其区分的实际意义并不大，在本专栏里，除非另有特殊说明，我会只使用堆这一术语。 栈，英文是 stack，在内存管理的语境下，指的是函数调用过程中产生的本地变量和调用数据的区域。这个栈和数据结构里的栈高度相似，都满足“后进先出”（last-in-first-out 或 LIFO）。 RAII，完整的英文是 Resource Acquisition Is Initialization，是 C++ 所特有的资源管理方式。有少量其他语言，如 D、Ada 和 Rust 也采纳了 RAII，但主流的编程语言中， C++ 是唯一一个依赖 RAII 来做资源管理的。 RAII 依托栈和析构函数，来对所有的资源——包括堆内存在内——进行管理。对 RAII 的使用，使得 C++ 不需要类似于 Java 那样的垃圾收集方法，也能有效地对内存进行管理。RAII 的存在，也是垃圾收集虽然理论上可以在 C++ 使用，但从来没有真正流行过的主要原因。...

同学你好，我是Lison。很高兴你对TypeScript感兴趣，或许你对TypeScript了解还不多，或许还有很多疑问，比如： 学 TypeScript 是不是就不需要学 JavaScript 了？ Vue 用 TypeScript 改写发布 3.0 后是不是不用 TypeScript 不行？ TypeScript 靠谱吗？ … 诸如此类疑惑，导致你一直对它犹豫不决，那么本节我将代替 TypeScript 向你做一个自我介绍。 同学你好，我是 TypeScript，如果你觉得我是 JavaScript 的孪生兄弟，或者觉得我是前端圈新扶持起来的太子，那你可能对我是有点误解了。其实我并不是一个新的语言，用大家公认的说法，我是JavaScript的超集，你可以理解为，我是加了一身装备铭文的进化版 JavaScript。JavaScript 有的，我都有，而且做得更好。JavaScript 没有的，我也有，而且我是在很长一段时间内不会被 JavaScript 赶上的。 虽然我作为超集，但是我始终紧跟 ECMAScript 标准，所以 ES6/7/8/9 等新语法标准我都是支持的，而且我还在语言层面上，对一些语法进行拓展。比如新增了枚举(Enum)这种在一些语言中常见的数据类型，对类(Class)实现了一些ES6标准中没有确定的语法标准等等。 如果你是一个追赶技术潮流的开发者，那你应该已经将 ES6/7/8/9 语法用于开发中了。但是要想让具有新特性的代码顺利运行在非现代浏览器，需要借助Babel这种编译工具，将代码转为ES3/5版本。而我，可以完全不用 Babel，就能将你的代码编译为指定版本标准的代码。这一点，我可以说和 JavaScript 打了个平手。 另外我的优势，想必你也略有耳闻了那就是我强大的类型系统。这也是为什么造世主给我起名TypeScript。如果你是一名前端开发者，或者使用过 JavaScript 进行开发，那么你应该知道，JavaScript 是在运行的时候，才能发现一些错误的，比如： 访问了一个对象没有的属性； 调用一个函数却少传了参数； 函数的返回值是个字符串你却把它当数值用了； … 这些问题在我这里都不算事。我强大的类型系统可以在你编写代码的时候，就检测出你的这些小粗心。先来简单看下我工作的样子： interface 定义的叫接口，它定义的是对结构的描述。下面的 info 使用 ES6 的新关键字 const 定义，通过 info: Info 指定 info 要实现 Info 这个结构，那 info 必须要包含 name 和 age 这两个字段。实际代码中却只有 name 字段，所以你可以看到 info 下面被红色波浪线标记了，说明它有问题。当你把鼠标放在 info 上时，VSCode 编辑器会做出如下提示： 如果上面这个小例子中你有很多概念都不了解，没关系，Lison 在后面的章节都会讲到。...

如果你看过了本专栏的大纲，那你应该会有一种，哇，官方文档里列出的知识基本都讲了，这个专栏太细了的感觉。这一个小节我会教给大家如何去自学TypeScript。虽然你在学习本专栏的时候，Lison会手把手的带着你学习TypeScript的语法和实战。但我还是想给你讲讲如何自学TypeScript，在授你以鱼之前也会授你以渔的，这样TypeScript即使更新了，你也能毫无压力地迎接它的新特性。好，接下来让我们开始吧。 1.2.1 学会看文档 英文官方文档始终是及时更新的。但即便是官方的文档，有一些更新在更新日志里写了，而新手指南里却没有及时同步更新，所以有时看指南也会遇到困惑，就是文档里写的和你实际验证的效果不一样。遇到这种问题，首先确定你使用的TypeScript版本，然后去更新日志里根据不同版本找对这部分知识的更新记录。如果找到了，看下这是在哪个版本做的升级；如果你不放心，可以把TypeScript版本降到这个版本之前的一个版本，再验证一下。 TypeScript 是有一个中文文档的，但是这个文档只是对英文文档的翻译。官方文档中的小疏漏，这个文档也没有做校验，而且更新是有点滞后的。在写本专栏的时候，TypeScript最新发布的版本为3.4，但是中文文档还是在3.1。所以想了解TypeScript的最新动态，还是要看英文官方文档的。不过我们还是要感谢提供中文文档的译者，这对于英文不是很好的开发者帮助还是很大的。 1.2.2 学会看报错 我们在前面的例子中展示了 TypeScript 在编写代码的时候如何对错误进行提示。后面我们讲到项目搭建的时候，会使用 TSLint 对代码风格进行规范校验，根据 TSLint 配置不同，提示效果也不同。如果我们配置当书写的代码不符合规范，使用 error 级别来提示时，会和 TypeScript 编译报错一样，在问题代码下面用红色波浪线标出，鼠标放上去会有错误提示。所有如果我们使用了TSLint，遇到报错的时候，首先要区分是 TSLint 报错还是 TS 报错，来看下如何区分： 上面这个报错可以从红色方框中看到，标识了 tslint，说明它是TSLint的报错。后面括号里标的是导致这条报错的规则名，规则可以在 tslint.json 文件里配置。关于 TSLint的使用，我们会在搭建开发环境一节讲解。示例中这条报错是因为 no-console 这个规则，也就是要求代码中不能有 console 语句，但是我们在开发时使用 console 来进行调试是很常见的，所以你可以通过配置 TSLint 关闭这条规则，这样就不会报错了。但我们应该遵守规范，当我们决定引入 TSLint 的时候，就说明这个项目对代码质量有更高的要求，我们不应该在书写代码遇到TSLint报错就修改规则，而是应该根据规则去修改代码。 上面这个报错可以从红色方框中看到，标识了 ts，说明它是 TypeScript 编译器报的错误。在我们书写代码的时候，通过强类型系统，编译器可以在这个阶段就检测到我们的一些错误。后面括号里跟着的 2322 是错误代码，所有的错误代码你可以在文档的错误信息列表中查看。不过你一般并不需要去看文档，因为这里都会给你标出这个错误码对应的错误提示，而且这个错误信息根据你的编辑器语言可以提示中文错误信息。很明显这个错误是因为我们给 name 指定了类型为 string字符串 类型，而赋给它的值是123数值类型。 上面两种是在编写代码的时候就会遇到的错误提示。还有一种就是和 JavaScript 一样的，在运行时的报错，这种错误需要在浏览器控制台查看。如果你调试的是 node 服务端项目，那你要在终端查看。来看这个例子： 当我在代码中打印一个没有定义的变量时，在书写代码的时候会做提示，且当程序运行起来时，在浏览器控制台也可以看到报错。你可以打开浏览器的开发者工具(Windows系统按F12，Mac系统按control+option+i)，在 Console 栏看到错误提示： 红色语句即错误信息。下面红色at后面有个文件路径main.ts，蓝色框中圈出的也是个文件路径，表示这个错误出现在哪个文件。这里是出现在main.ts中，问号后面的cd49:12表示错误代码在12行，点击这个路径即可跳到一个该文件的浏览窗口： 在这里我们就能直接看到我们的错误代码被红色波浪线标记了，这样你修改起错误来就很明确知道是哪里出错了。 1.2.3 学会看声明文件 声明文件我们会在后面讲。我们知道原来没有 TypeScript 的时候，有很多的 JS 插件和 JS 库，如果使用 TypeScript 进行开发再使用这些 JS 编写的插件和库，就得不到类型提示等特性的支持了，所以 TypeScript 支持为 JS 库添加声明文件，以此来提供声明信息。我们使用 TypeScript 编写的库和插件编译后也是 JS 文件，所以在编译的时候可以选择生成声明文件，这样再发布，使用者就依然能得到 TypeScript 特性支持。一些 JS 库的作者已经使用 TypeScript 进行了重写，有些则是提供了声明文件，一些作者没有提供声明文件的，大部分库都有社区的人为他们补充了声明文件，如果使用了自身没有提供声明文件的库时，可以使用npm install @types/{模块名}来安装，或者运用我们后面讲到的知识自行为他们补充。...

上一讲，我们描述了一个某种程度上可以当成智能指针用的类 shape_wrapper。使用那个智能指针，可以简化资源的管理，从根本上消除资源（包括内存）泄漏的可能性。这一讲我们就来进一步讲解，如何将 shape_wrapper 改造成一个完整的智能指针。你会看到，智能指针本质上并不神秘，其实就是 RAII 资源管理功能的自然展现而已。 在学完这一讲之后，你应该会对 C++ 的 unique_ptr 和 shared_ptr 的功能非常熟悉了。同时，如果你今后要创建类似的资源管理类，也不会是一件难事。 回顾 我们上一讲给出了下面这个类： class shape_wrapper { public: explicit shape_wrapper(shape* ptr = nullptr) : ptr_(ptr) {} ~shape_wrapper() { delete ptr_; } shape* get() const { return ptr_; } private: shape* ptr_; }; 这个类可以完成智能指针的最基本的功能：对超出作用域的对象进行释放。但它缺了点东西： 这个类只适用于 shape 类 该类对象的行为不够像指针 拷贝该类对象会引发程序行为异常 下面我们来逐一看一下怎么弥补这些问题。 模板化和易用性 要让这个类能够包装任意类型的指针，我们需要把它变成一个类模板。这实际上相当容易： template <typename T> class smart_ptr { public: explicit smart_ptr(T* ptr = nullptr) : ptr_(ptr) {} ~smart_ptr() { delete ptr_; } T* get() const { return ptr_; } private: T* ptr_; }; 和 shape_wrapper 比较一下，我们就是在开头增加模板声明 template <typename T>，然后把代码中的 shape 替换成模板参数 T 而已。这些修改非常简单自然吧？模板本质上并不是一个很复杂的概念。这个模板使用也很简单，把原来的 shape_wrapper 改成 smart_ptr<shape> 就行。...

从上一讲智能指针开始，我们已经或多或少接触了移动语义。本讲我们就完整地讨论一下移动语义和相关的概念。移动语义是 C++11 里引入的一个重要概念；理解这个概念，是理解很多现代 C++ 里的优化的基础。 值分左右 我们常常会说，C++ 里有左值和右值。这话不完全对。标准里的定义实际更复杂，规定了下面这些值类别（value categories）： 我们先理解一下这些名词的字面含义： 一个 lvalue 是通常可以放在等号左边的表达式，左值 一个 rvalue 是通常只能放在等号右边的表达式，右值 一个 glvalue 是 generalized lvalue，广义左值 一个 xvalue 是 expiring lvalue，将亡值 一个 prvalue 是 pure rvalue，纯右值 还是有点晕，是吧？我们暂且抛开这些概念，只看其中两个：lvalue 和 prvalue。 左值 lvalue 是有标识符、可以取地址的表达式，最常见的情况有： 变量、函数或数据成员的名字 返回左值引用的表达式，如 ++x、x = 1、cout << ' ' 字符串字面量如 "hello world" 在函数调用时，左值可以绑定到左值引用的参数，如 T&。一个常量只能绑定到常左值引用，如 const T&。 反之，纯右值 prvalue 是没有标识符、不可以取地址的表达式，一般也称之为“临时对象”。最常见的情况有： 返回非引用类型的表达式，如 x++、x + 1、make_shared<int>(42) 除字符串字面量之外的字面量，如 42、true 在 C++11 之前，右值可以绑定到常左值引用（const lvalue reference）的参数，如 const T&，但不可以绑定到非常左值引用（non-const lvalue reference），如 T&。从 C++11 开始，C++ 语言里多了一种引用类型——右值引用。右值引用的形式是 T&&，比左值引用多一个 & 符号。跟左值引用一样，我们可以使用 const 和 volatile 来进行修饰，但最常见的情况是，我们不会用 const 和 volatile 来修饰右值。本专栏就属于这种情况。...

这节课我们要做的就是在砍柴之前先磨刀，学习如何借助VSCode愉快高效地开发TypeScript项目，我们来一步一步让VSCode对TypeScript的支持更强大。如果你已经习惯了使用别的编辑器，那你也可以自行搜索下，本节课提到的内容在你使用的编辑器是否有对应的替代品。 1.3.1 安装和基本配置 如果你还没有使用过VSCode，当然先要去官网下载了，下载安装我就不多说了，安装好之后，我们先来配置几个基本的插件。 （1）汉化 如果你英语不是很好，配置中文版界面是很有必要的，安装个插件就可以了。打开VSCode之后在编辑器左侧找到这个拓展按钮，点击，然后在搜索框内搜索关键字"Chinese"，这里图中第一个插件就是。直接点击install安装，安装完成后重启VSCode即可。 （2）编辑器配置 有一些编辑器相关配置，需要在项目根目录下创建一个.vscode文件夹，然后在这个文件夹创建一个settings.json文件，编辑器的配置都放在这里，并且你还需要安装一个插件EditorConfig for VS Code这样配置才会生效。配置文件里我们来看几个简单而且使用的配置： { "tslint.configFile": "./tslint.json", "tslint.autoFixOnSave": true, "editor.formatOnSave": true } tslint.configFile用来指定tslint.json文件的路径，注意这里是相对根目录的； tslint.autoFixOnSave设置为true则每次保存的时候编辑器会自动根据我们的tslint配置对不符合规范的代码进行自动修改； tslint.formatOnSave设为true则编辑器会对格式在保存的时候进行整理。 （3）TypeScript相关插件 TSLint(deprecated)是一个通过tslint.json配置在你写TypeScript代码时，对你的代码风格进行检查和提示的插件。关于TSLint的配置，我们会在后面讲解如何配置，它的错误提示效果在我们之前的例子已经展示过了。 TSLint Vue加强了对Vue中的TypeScript语法语句进行检查的能力。如果你使用TypeScript开发Vue项目，而且要使用TSLint对代码质量进行把控，那你应该需要这个插件。 （4）框架相关 如果你使用Vue进行项目开发，那Vue相关的插件也是需要的，比如Vue 2 Snippets。 Vetur插件是Vue的开发辅助工具，安装它之后会得到代码高亮、输入辅助等功能。 （5）提升开发体验 Auto Close Tag插件会自动帮你补充HTML闭合标签，比如你输完<button>的后面的尖括号后，插件会自动帮你补充</button>； Auto Rename Tag插件会在你修改HTML标签名的时候，自动帮你把它对应的闭标签同时修改掉； Bracket Pair Colorizer插件会将你的括号一对一对地用颜色进行区分，这样你就不会被多层嵌套的括号搞晕了，来看看它的样子： Guides插件能够帮你在代码缩进的地方用竖线展示出索引对应的位置，而且点击代码，它还会将统一代码块范围的代码用统一颜色竖线标出，如图： 1.3.2 常用功能 （1）终端 在VSCode中有终端窗口，点击菜单栏的【查看】-【终端】，也可以使用快捷键 ”control+`“ 打开。这样可以直接在编辑器运行启动命令，启动项目，边写代码边看报错。 （2）用户代码片段 一些经常用到的重复的代码片段，可以使用用户代码片段配置，这样每次要输入这段代码就不用一行一行敲了，直接输入几个标示性字符即可。在VSCode左下角有个设置按钮，点击之后选择【用户代码片段】，在弹出的下拉列表中可以选择【新建全局代码片段文件】，这样创建的代码片段是任何项目都可用的；可以选择【新建"项目名"文件夹的代码片段文件】，这样创建的代码片段只在当前项目可用。创建代码片段文件后它是一个类似于json的文件，文件有这样一个示例： { // Place your global snippets here. Each snippet is defined under a snippet name and has a scope, prefix, body and // description....

上几讲我们学习了 C++ 的资源管理和值类别。今天我们换一个话题，来看一下 C++ 里的容器。 关于容器，已经存在不少的学习资料了。在 cppreference 上有很完备的参考资料（[1]）。今天我们采取一种非正规的讲解方式，尽量不重复已有的参考资料，而是让你加深对于重要容器的理解。 对于容器，学习上的一个麻烦点是你无法直接输出容器的内容——如果你定义了一个 vector<int> v，你是没法简单输出 v 的内容的。有人也许会说用 copy(v.begin(), v.end(), ostream_iterator(…))，可那既啰嗦，又对像 map 或 vector<vector<…>> 这样的复杂类型无效。因此，我们需要一个更好用的工具。在此，我向你大力推荐 xeus-cling [2]。它的便利性无与伦比——你可以直接在浏览器里以交互的方式运行代码，不需要本机安装任何编译器（点击“Trying it online”下面的 binder 链接）。下面是在线运行的一个截图： xeus-cling 也可以在本地安装。对于使用 Linux 的同学，安装应当是相当便捷的。有兴趣的话，使用其他平台的同学也可以尝试一下。 如果你既没有本地运行的条件，也不方便远程使用互联网来运行代码，我个人还为本专栏写了一个小小的工具 [3]。在你的代码中包含这个头文件，也可以方便地得到类似于上面的输出。示例代码如下所示： #include <iostream> #include <map> #include <vector> #include "output_container.h" using namespace std; int main() { map<int, int> mp{{1, 1}, {2, 4}, {3, 9}}; cout << mp << endl; vector<vector<int>> vv{{1, 1}, {2, 4}, {3, 9}}; cout << vv << endl; } 我们会得到下面的输出：...

这小节你学习起来会很轻松，这是你正式接触 TypeScript 语法的第一节课，是最最基础的语法单元。这节课我们将学习在 JavaScript 中现有的八个数据类型，当然这并不是 JavaScript 中的所有数据类型，而是现在版本的 TypeScript 支持的基本类型，在学习基础类型之前，我们先来看下如何为一个变量指定类型： 为一个变量指定类型的语法是使用"变量: 类型"的形式，如下： let num: number = 123 如果你没有为这个变量指定类型，编译器会自动根据你赋给这个变量的值来推断这个变量的类型： let num = 123 num = 'abc' // error 不能将类型“"123"”分配给类型“number” 当我们给num赋值为123但没有指定类型时，编译器推断出了num的类型为number数值类型，所以当给num再赋值为字符串"abc"时，就会报错。 这里还有一点要注意，就是number和Number的区别：TS中指定类型的时候要用number，这个是TypeScript的类型关键字。而Number为JavaScript的原生构造函数，用它来创建数值类型的值，它俩是不一样的。包括你后面见到的string、boolean等都是TypeScript的类型关键字，不是JavaScript语法，这点要区分开。接下来我们来看本节课的重点：八个JS中你见过的类型。 2.1.1 布尔类型 类型为布尔类型的变量的值只能是 true 或 false，如下： let bool: boolean = false; bool = true; bool = 123; // error 不能将类型"123"分配给类型"boolean" 当然了，赋给 bool 的值也可以是一个计算之后结果是布尔值的表达式，比如： let bool: boolean = !!0 console.log(bool) // false 2.1.2 数值类型 TypeScript 和 JavaScript 一样，所有数字都是浮点数，所以只有一个number类型，而没有int或者float类型。而且 TypeScript 还支持 ES6 中新增的二进制和八进制数字字面量，所以 TypeScript 中共支持二、八、十和十六四种进制的数值。...

上一讲我们学习了 C++ 的序列容器和两个容器适配器，今天我们继续讲完剩下的标准容器（[1]）。 函数对象及其特化 在讲容器之前，我们需要首先来讨论一下两个重要的函数对象，less 和 hash。 我们先看一下 less，小于关系。在标准库里，通用的 less 大致是这样定义的： template <class T> struct less : binary_function<T, T, bool> { bool operator()(const T& x, const T& y) const { return x < y; } }; 也就是说，less 是一个函数对象，并且是个二元函数，执行对任意类型的值的比较，返回布尔类型。作为函数对象，它定义了函数调用运算符（operator()），并且缺省行为是对指定类型的对象进行 < 的比较操作。 有点平淡无奇，是吧？原因是因为这个缺省实现在大部分情况下已经够用，我们不太需要去碰它。在需要大小比较的场合，C++ 通常默认会使用 less，包括我们今天会讲到的若干容器和排序算法 sort。如果我们需要产生相反的顺序的话，则可以使用 greater，大于关系。 计算哈希值的函数对象 hash 就不一样了。它的目的是把一个某种类型的值转换成一个无符号整数哈希值，类型为 size_t。它没有一个可用的默认实现。对于常用的类型，系统提供了需要的特化 [2]，类似于： template <class T> struct hash; template <> struct hash<int> : public unary_function<int, size_t> { size_t operator()(int v) const noexcept { return static_cast<size_t>(v); } }; 这当然是一个极其简单的例子。更复杂的类型，如指针或者 string 的特化，都会更复杂。要点是，对于每个类，类的作者都可以提供 hash 的特化，使得对于不同的对象值，函数调用运算符都能得到尽可能均匀分布的不同数值。...

上个小节我们学习了八个JavaScript中常见的数据类型，你也学会了如何给一个变量指定类型。本小节我们将接触几个TypeScript中引入的新类型，这里面可能有你在其他强类型语言中见过的概念，接下来让我们一起来学习。 2.2.1 元组 元组可以看做是数组的拓展，它表示已知元素数量和类型的数组。确切地说，是已知数组中每一个位置上的元素的类型，来看例子： let tuple: [string, number, boolean]; tuple = ["a", 2, false]; tuple = [2, "a", false]; // error 不能将类型“number”分配给类型“string”。 不能将类型“string”分配给类型“number”。 tuple = ["a", 2]; // error Property '2' is missing in type '[string, number]' but required in type '[string, number, boolean]' 可以看到，上面我们定义了一个元组 tuple，它包含三个元素，且每个元素的类型是固定的。当我们为 tuple 赋值时：各个位置上的元素类型都要对应，元素个数也要一致。 我们还可以给单个元素赋值： tuple[1] = 3; 这里我们给元组 tuple 的索引为 1 即第二个元素赋值为 3，第二个元素类型为 number，我们赋值给 3，所以没有问题。 当我们访问元组中元素时，TypeScript 会对我们在元素上做的操作进行检查： tuple[0].split(":"); // right 类型"string"拥有属性"split" tuple[1].split(":"); // error 类型“number”上不存在属性“split” 上面的例子中，我们访问的 tuple 的第二个元素的元素类型为 number，而数值没有 split 方法，所以会报错。...