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@@ -1,237 +0,0 @@
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slug: "[C++ 筆記] Lambda"
title: "[C++ 筆記] Lambda"
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- awin
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- c++
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- Programming
series:
- C++ 筆記
date: 2019-12-15T00:00:00
lastmod: 2019-12-15T00:00:00
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---
一個簡單的 Lamdba 運算式:
```cpp
[] (int x, int y) -> bool {
return x < y;
}
```
<!--more-->
- 以中括號開頭,中括號被稱為*lamdba 導入器lamdba introducer*
- 小括號裡面是*lamdba 參數列表lambda parameter list*
- 如果沒有參數,小括號可以省略,`[] () {...}` 可以簡寫成 `[] {...}`
- 箭號(`->`)後面是回傳的型別,如果沒寫就由 `return` 自動推斷
將 Lamdba 運算式指定給變數:
```cpp
auto comapre = [] (int x, int y) -> bool {
return x < y;
};
```
## Lamdba的擷取子句
以中括號開頭的 *lamdba 導入器* 可以將外部的變數傳給 Lamdba 運算式正式名稱是「擷取子句capture clause」。
`[=]` 表示它們會以值擷取captured by value。Scope內的變數可以在 lamdba 內使用,但是不可以改變。
`[&]` 表示它們會以參考擷取captured by reference。Scope內的變數可以在 lamdba 內使用,可以改變。
## 以值擷取captured by value
假設有一段程式如下:
```cpp
void testLambda() {
float notUsed = 1.0f;
std::vector<int32_t> numlist{10, 20, 30, 50, 60};
auto findInRange = [=](int32_t start, int32_t end) {
for (auto num : numlist) {
if (num >= start && num <= end) return true;
}
return false;
};
std::cout << "Result: " << findInRange(25, 35) << "\n";
}
```
`[=]`可以用來擷取 lamdba scope 範圍所及的變數,沒有在 Lamdba 運算式裡面被用到的變數就不會被擷取,例如 `float notUsed = 1.0f;`
另一個重點是:**被擷取的變數是不可以更改的**。例如,不能在 lambda 裡面這樣寫:
```cpp
auto findInRange = [=](int32_t start, int32_t end) {
numlist.push_back(5); // ERROR!
for (auto num : numlist) {
if (num >= start && num <= end) return true;
}
return false;
};
```
如果一定要在 lambda 內改變擷取的變數,那必須指名 lambda 為 `mutable`
```cpp
auto findInRange = [=](int32_t start, int32_t end) mutable { // <-- assign mutable
numlist.push_back(5);
for (auto num : numlist) {
if (num >= start && num <= end) return true;
}
return false;
};
```
根據書上解釋 ,可以裡解為 compiler 會將 lamdba 編為一個 class像是
```cpp
class __Lambda8C1A5 {
public:
__Lambda8C1A5(const std::vector<int32_t>& arg1) : numlist(arg1) {}
auto operator()(int32_t start, int32_t end) const { // const!
for (auto num : numlist) {
if (num >= start && num <= end) return true;
}
return false;
}
private:
std::vector<int32_t> numlist;
};
```
這也解釋了 lamdba 的擷取範圍與原理。而 `mutable` 則是讓 `operator()` 不為 `const`,如下:
```cpp
auto findInRange = [=](int32_t start, int32_t end) mutable { // <-- assign mutable
numlist.push_back(5);
for (auto num : numlist) {
if (num >= start && num <= end) return true;
}
return false;
};
...
class __Lambda8C1A5 {
public:
__Lambda8C1A5(const std::vector<int32_t>& arg1) : numlist(arg1) {}
auto operator()(int32_t start, int32_t end) { // No const here
for (auto num : numlist) {
if (num >= start && num <= end) return true;
}
return false;
}
private:
std::vector<int32_t> numlist;
};
```
## 以值擷取特定的變數
若只需要擷取特定的變數,那就直接在 lamdba 導入器(就是`[]`)寫入變數名稱,例如:
```cpp
int var1 = 10;
int var2 = 20;
int var3 = 30;
auto afunc = [var1, var2] () {
...
};
```
## 以參考擷取captured by reference
`[&]` 會擷取 scope 內的所有外部變數,而且可以修改:
```cpp
void testLambda() {
float notUsed = 1.0f;
std::vector<int32_t> numlist{ 10, 20, 30, 50, 60 };
auto findInRange = [&](int32_t start, int32_t end) { // Use & here
numlist.push_back(100); // OK
for (auto num : numlist) {
if (num >= start && num <= end) return true;
}
return false;
};
std::cout << "Result: " << findInRange(25, 35) << "\n";
std::cout << "numlist: ";
for (auto n : numlist) {
std::cout << n << " ";
}
std::cout << "\n"; // Output numlist: 10 20 30 50 60 100
}
```
## 以參考擷取特定的變數
但是直接參考全部的外部變數不是好的作法,這讓你有機會做出一些意外的修改,所以請擷取有需要的變數就好:
```cpp
void testLambda() {
float notUsed = 1.0f;
std::vector<int32_t> numlist{ 10, 20, 30, 50, 60 };
auto findInRange = [&numlist](int32_t start, int32_t end) {
numlist.push_back(100); // OK
for (auto num : numlist) {
if (num >= start && num <= end) return true;
}
return false;
};
...
}
```
如果有多個變數需要擷取,那就用 `,` 分開:
```cpp
auto findInRange = [&numlist, &var1, &var2](int32_t start, int32_t end) {
...
};
```
## 混合擷取
以值擷取跟參考擷取也可以寫在一起:
```cpp
auto findInRange = [=, &numlist](int32_t start, int32_t end) {
...
};
```
上面的例子中,`numlist` 會是參考擷取,其他的外部變數則是以值擷取。
或是:
```cpp
auto findInRange = [&, numlist](int32_t start, int32_t end) {
...
};
```
上面的例子中,`numlist` 會以值擷取,其他的外部變數則是參考擷取。
但是,如果已經使用了 `=` ,就不可以再以值擷取其他變數,像是 `[=, numlist]` 就是不合法的。
反之,如果已經使用了 `&`,就不可以再參考擷取其他變數,像是 `[&, &var1]` 就是不合法的。
## 存取 class
Lamdba 寫在 class 裡面的時候,不論[「以值擷取 」](#以值擷取captured-by-value)或是[「以參考擷取」](#以參考擷取captured-by-reference)都沒辦法傳遞成員變數member variable只能傳遞 `this`,透過 `this` 來存取成員變數。例:
```cpp
class BigBuffer {
public:
void modify(int x, int y, ...) {
auto modifyBuffer = [this] () { // Use this
if (buffer) { // equal to this->buffer
// do something with buffer
}
};
...
}
private:
uint32_t bufferSize = 0;
std::unique_ptr<uint8_t[]> buffer = nullptr;
};
```

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@@ -1,234 +0,0 @@
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slug: "[C++ 筆記] rvalue reference"
title: "[C++ 筆記] rvalue reference"
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date: 2019-12-08T00:00:00
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---
rvalue 是指:
- 等號右邊的值
- 臨時的值,例如運算的結果
- 無法被取址address-of的物件
<!--more-->
## rvalue reference
一般的參考只能參考[[lvalue]]如下的程式是ok的
```cpp
int a = 10;
int& b = a;
```
但是像這樣就不行了:
```cpp
int a = 10;
int b = 5;
int& c = a + b;
```
因為`a+b`是一個 rvalue臨時的值沒辦法取址所以無法參考。
但是可以用`&&`來參考 rvalue。例如
```cpp
int a = 10;
int b = 5;
int&& c = a + b; // c = 15
```
而不用這樣:
```cpp
int a = 10;
int b = 5;
int r = a + b;
int& c = r;
```
了解 rvalue reference 之後,就可以實作類別的 move constructor 跟 move assignment operator。這可以減少複製的成本。
## Move constructor
假設我們有一個 class 叫 BigBuffer定義如下
```cpp
class BigBuffer {
public:
BigBuffer(int size=100*1024*1024) :
bufferSize(size)
{
std::cout << "BigBuffer constructor\n";
this->buffer = std::make_unique<uint8_t[]>(bufferSize);
}
~BigBuffer() {
std::cout << "BigBuffer destructor\n";
}
BigBuffer(const BigBuffer& src) {
std::cout << "BigBuffer copy constructor\n";
bufferSize = src.bufferSize;
buffer = std::make_unique<uint8_t[]>(bufferSize);
std::memcpy(buffer.get(), src.buffer.get(), bufferSize);
}
BigBuffer& operator= (BigBuffer& src) {
std::cout << "BigBuffer copy operator\n";
bufferSize = src.bufferSize;
buffer = std::make_unique<uint8_t[]>(bufferSize);
std::memcpy(buffer.get(), src.buffer.get(), bufferSize);
return *this;
}
private:
int bufferSize = 0;
std::unique_ptr<uint8_t[]> buffer = nullptr;
};
```
這個 class 的特色就是每一次使用都會佔用100MB的記憶體空間想像下面的程式的動作
```cpp
BigBuffer buf1;
// Do something with buf1
// Assign to buf2
BigBuffer buf2 = buf1;
```
執行訊息:
```
BigBuffer constructor // create buf1
BigBuffer copy constructor, copy 104857600Bytes // copy buf1 to buf2
...
```
這會先產生 `buf1`,然後把 `buf1` copy 給 `buf2`。如果我們想要省下 copy 的成本,這時候 Move constructor 就可以派上用場了。
`BigBuffer` 加一個 Move constructor
```cpp
class BigBuffer {
public:
...
BigBuffer(BigBuffer&& src) noexcept {
std::cout << "BigBuffer move constructor\n";
bufferSize = src.bufferSize;
buffer = std::move(src.buffer);
src.buffer.reset();
src.bufferSize = 0;
}
...
};
```
這個 move constructor 的參數就是一個 rvalue reference我們把來源的 bufferSize 跟 buffer 指標「移到」我們這邊,而不是完整的複製一份。在轉移之後呢,當然也要把來源清空,讓轉移更加明確。
有了 Move assignment operator 之後,在執行一次原本的程式,你會發現訊息......沒有變,還是一樣呼叫 copy constructor 來複製了100MB 的 buffer這時我們需要明確的告訴 compiler 我們要「移動」物件,而不是複製它,把原本的程式改為:
```cpp
BigBuffer buf1;
// Do something with buf1
// Assign to buf2
BigBuffer buf2 = std::move(buf1);
```
我們用 `std::move()` 來「移動」物件,這時輸出變成
```
BigBuffer constructor // create buf1
BigBuffer move constructor // move buf1 to buf2, buf1 has nullptr now
...
```
另外一個情形也可以受益於此,假如我們有個 function 會產生 `BigBuffer`,如下:
```cpp
BigBuffer BigBufferCreator() {
std::cout << "BigBufferCreator: Create a BigBuffer!\n";
BigBuffer tempb;
// do something
std::cout << "BigBufferCreator: return\n";
return tempb;
}
BigBuffer b = BigBufferCreator(); // copy tempb to b
```
在沒有 Move constructor 的情況下,上面的程式會先產生一個 `tempb`,然後複製給 `b`,訊息:
```
BigBufferCreator: Create a BigBuffer!
BigBuffer constructor
BigBufferCreator: return
BigBuffer copy constructor, copy 104857600Bytes // Copy 100MB!
...
```
在有 Move constructor 的情況下,訊息就變成:
```
BigBufferCreator: Create a BigBuffer!
BigBuffer constructor
BigBufferCreator: return
BigBuffer move constructor // Use MOVE!
BigBuffer destructor
BigBuffer destructor
```
因為 `BigBufferCreator()` 產生的就是一個 `BigBuffer` rvalue所以 compiler 會使用 move constructor`BigBuffer(BigBuffer&& src)` 而不是 copy constructor。
## Move assignment operator(`=`)
Move assignment operator 的行為跟 move constructor 是一樣的,幫 `BigBuffer` 加入 move assignment operator
```cpp
class BigBuffer {
public:
...
BigBuffer& operator=(BigBuffer&& src) noexcept {
std::cout << "BigBuffer move operator\n";
bufferSize = src.bufferSize;
buffer = std::move(src.buffer);
src.buffer.reset();
src.bufferSize = 0;
return *this;
}
...
};
```
測試程式:
```cpp
BigBuffer b1, b2;
b2 = b1;
```
訊息:
```
BigBuffer constructor
BigBuffer constructor
BigBuffer copy operator, copy 104857600Bytes
```
還是使用 copy assignment operator 來複製,理由是一樣的,需要一個明確的 `std::move()` 來表示「轉移」的行動,把程式改成:
```cpp
BigBuffer b1, b2;
b2 = std::move(b1);
```
這樣就可以了。訊息:
```
BigBuffer constructor
BigBuffer constructor
BigBuffer move operator // Use MOVE!
```
## 參考
- [Value categories - cppreference.com](https://en.cppreference.com/w/cpp/language/value_category)
- [rvalue 參考](https://openhome.cc/Gossip/CppGossip/RvalueReference.html)
- [Move constructors - cppreference.com](https://en.cppreference.com/w/cpp/language/move_constructor)
- [Move assignment operator - cppreference.com](https://en.cppreference.com/w/cpp/language/move_assignment)

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@@ -1,130 +0,0 @@
---
slug: "[C++ 筆記] 好用的 std::optional"
title: "[C++ 筆記] 好用的 std::optional"
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authors:
- awin
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- c++
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- C++ 筆記
date: 2019-12-22T00:00:00
lastmod: 2019-12-22T00:00:00
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---
> since C++17
[`std::optional`](https://en.cppreference.com/w/cpp/utility/optional) 讓 function 的回傳值多了一個選擇:**有值**或是 `nullopt`
<!--more-->
例如我們有一個 function 要從某個檔案讀值出來(或是去 DB 查一個東西之類的需求),就假設我們要讀一個 int我們也許會這樣寫
```cpp
int readData(std::string filePath) {
...
int data = readFromFile(...);
...
return data;
}
```
但如果要讀的檔案不存在呢?這時候要 return 什麼呢?所以這時候我們會改成這樣寫:
```cpp
bool readData(std::string filePath, int& readData) {
FILE* file = fopen(...)
if (!file) {
return false;
}
readData = readFromFile(...);
return true;
}
```
我們用一個回傳值代表檔案讀取失敗與否,要是檔案存在且開啟成功,那麼 `readData` 這個回傳值就代表我們讀到的值。要是回傳值是 `false`,那 `readData` 就沒有意義。
但是這樣會讓傳入跟傳出的參數混在一起,第一時間也不容易直覺的分辨出來,像這種情況 Python 就清楚很多:
```python
def readData(filePath):
data = None
try:
with open(filePath, "rb") as f:
data = f.read(...)
return data
except FileNotFoundError as e:
return None
value = readData("123.txt")
if value:
pass # Do something...
```
可以像 Python 那樣都從回傳值來判斷嗎? `std::optional` 可以達到這個目的:
```cpp
std::optional<int> readData(std::string filePath) {
FILE* file = nullptr;
fopen_s(&file, filePath.c_str(), "rb");
if (!file) {
return std::nullopt;
}
int readData;
fread(&readData, 1, sizeof(readData), file);
fclose(file)
return readData;
}
auto result = readData("123.txt");
if (result) {
auto value = result.value();
// Use value here...
}
// 或是這樣寫也可以
if (result == std::nullopt) {
// Error handle here
} else {
auto value = result.value();
// Use value here...
}
```
雖然用起來沒辦法讓 C++ 像 Python 那麼簡單,但是 `std::optional` 確實讓整段 code 看起來更清楚了。
除了 [`std::optional<T>::value()`](https://en.cppreference.com/w/cpp/utility/optional/value) 以外,還有其他的取值方法:
```cpp
std::optional<std::string> name;
// Some process...
if (name)
{
printf("name = %s\n", (*name).c_str());
}
```
如果 `std::optional` 包含的是 struct 或是 class也可以用 `->` 來直接存取 member或 member function
```cpp
struct User {
uint32_t id;
std::string name;
int32_t age;
};
std::optional<User> user;
// Some process...
if (user) {
printf("id = %d\n", user->id);
printf("name = %s\n", user->name.c_str());
printf("age = %d\n", user->age);
}
```

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@@ -1,140 +0,0 @@
---
slug: "[C++ 筆記] 智慧指標unique_ptr & shared_ptr"
title: "[C++ 筆記] 智慧指標unique_ptr & shared_ptr"
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- awin
tags:
- c++
- memory
categories:
- Programming
series:
- C++ 筆記
date: 2019-12-01T00:00:00
lastmod: 2019-12-01T00:00:00
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---
[`unique_ptr`](https://en.cppreference.com/w/cpp/memory/unique_ptr)與[`shared_ptr`](https://en.cppreference.com/w/cpp/memory/shared_ptr)都是智慧指標箱對於原本的raw pointer智慧指標使用起來更方便也不用擔心delete的問題。
<!--more-->
## unique_ptr
`unique_ptr` 的特點是,它保證在一個時間內,只會有一個指標的擁有者,也就是這個指標不能被複製跟移動,當 `unique_ptr` 離開它的scope時候它所擁有的指標也隨之被delete。這讓你不用擔心memory leak的問題。
假設我們有一個class叫 `BigBuffer` ,原本分配記憶體的方法:
```cpp
BigBuffer* bigBuf = new BigBuffer(bufferSize);
// Use buffer here
delete bigBuf;
```
`unique_ptr`
```cpp
auto bigBuf = std::make_unique<BigBuffer>(bufferSize);
// Use buffer here
// bigBuf will be released when exiting scope
```
我們統一用[`std::make_unique<>`](https://en.cppreference.com/w/cpp/memory/unique_ptr/make_unique)這個template function來建立 `unique_ptr` ,角括號 `<>` 裡面要帶入你要建立的型別,後面的括號 `()` 就是型別的constructor使用起來跟 `new` 是一樣的。
因為 `std::make_unique<>` 裡面已經有表明型別了,所以變數就用 `auto` 就可以了,不用再寫一次型別。
一旦 `unique_ptr` 建立之後,使用起來就跟一般指標沒有兩樣,都是用 `->` 來操作,例如:
```cpp
bigBuf->setXXX();
bigBuf->getXXX();
```
但是別忘記 `unique_ptr` 本身還是一個local variable所以我們可以用 `.` 來操作 `unique_ptr` ,例如我們可以用 `.reset()` 重新配一個指標:
```cpp
BigBuffer* pBuffer = new BigBuffer();
bigBuf.reset(pBuffer);
```
這時候舊指標會自動delete如果記憶體分配有成功的話bigBuf會接管剛剛new出來的指標或者變成 `nullptr` (記憶體分配失敗)。
如果單純想要釋放指標,那就單純的呼叫 `reset()` 就好。
```cpp
bigBuf.reset(); // Now I'm nullptr
```
如果要分配陣列的話:
```cpp
auto intArray = std::make_unique<int[]>(1024);
```
使用方式也是一樣的:
```cpp
intArray[5] = 555;
```
不過對於陣列的操作更建議使用 `std::array`
如果有什麼特殊原因讓你決定不再讓 `unique_ptr` 來幫你管理指標,可以用 `release()` 來讓出指標:
```cpp
auto intArray = std::make_unique<int[]>(1024);
int* intArrayRaw = intArray.release(); // Now I don't care anymore
```
但是這時候呼叫 `delete[]` (或 `delete` )的責任又回到你身上了。所以千萬不要把 `release()``reset()` 搞混了。
`unique_ptr` 不能被複製跟移動,所以下列的寫法都編不過:
```cpp
auto ptr1 = std::make_unique<int>(5);
std::unique_ptr<int> ptr2(ptr1); // Error
std::unique_ptr<int> ptr2 = ptr1; // Error
```
在Visual Studio 2017上錯誤訊息是這樣`error C2280: 'std::unique_ptr<int,std::default_delete<int>>::unique_ptr(const std::unique_ptr<int,std::default_delete<int>> &)': attempting to reference a deleted function`
其實就是`unique_ptr`的copy constructor跟assignment operator都被標記為delete了。
### Move a unique_ptr
如果一定要把 `unique_ptr` 指定給別人可以嗎?可以的,用 `std::move()` 來轉移:
```cpp
auto ptr1 = std::make_unique<int>(5);
// do something
auto anotherPtr = std::move(ptr1);
```
`ptr1` 原本所管理的指標會轉移給 `anotherPtr``ptr1` 會變成 `nullptr。`
## shared_ptr
建立一個 `shared_ptr` 是使用[`std::make_shared()`](https://en.cppreference.com/w/cpp/memory/shared_ptr/make_shared)
```cpp
auto myBuf = std::make_shared<BigBuffer>(bufferSize);
```
但是 `shared_ptr` 可以被複製與移動,這是跟 `unique_ptr` 的差別:
```cpp
auto myBuf = std::make_shared<BigBuffer>(bufferSize);
std::shared_ptr<BigBuffer> bufCopy = myBuf;
```
現在 bufCopy 跟 myBuf 都指向同一個指標,他們都可以操作這個指標:
```cpp
myBuf->setZero(startAddr, endAddr);
bufCopy->setOne(startAddr, endAddr);
```
`shared_ptr` 內部有一個參考記數reference count來紀錄它所擁有的指標已經分享給幾個變數了只要有變數離開了他的scope參考記數就會減少反之要是像上面那樣有人複製指標參考記數就會增加參考記數歸0的時候指標就會被釋放。
有了 `shared_ptr` 我們就不必擔心 delete 的責任問題:
```cpp
std::shared_ptr<BigBuffer> getBuffer(int32_t bufferSize) {
return std::make_shared<BigBuffer>(bufferSize);
}
int main() {
auto myBuf = getBuffer(1024); // new(malloc) memory
// use myBuf
return 0;
} // myBuf delete memory here
```
`shared_ptr` 有一個問題是可以會「循環參考」cyclic references也就是 share_ptr A 指向另一個 share_ptr B ,然後 share_ptr B 又指向 share_ptr A這造成參考記數reference count不會減少而永遠無法釋出指標。這個是需要注意的。
但是 `shared_ptr` 還是讓記憶體的管理問題大大減少,應該用 `shared_ptr` 來代替 `new` & `delete`