C++

一些工具

• cppinsights：显式指明代码中的隐式转换与中间变量。
• godbolt：汇编分析；pastebin；不同编译器的行为分析
• Quick C++ Benchmark

常见名词

• UB：Undefined behavior，未定义行为，典型的有 i = i++ + ++i，一个容易被忽视的 UB 是 a[i] = i++;。(ref)

安装

C++ 开发前的准备挺复杂的，做好心理准备。

linux 下用包管理器，配置环境应该是基础技能。这里写的主要是 windows 下的开发步骤。

我目前正在使用 xmake + clang 全套 进行开发。

编译器

开发环境

我使用 VSCode 作为 C++ 代码编辑器。以下扩展都可以直接在 vscode 商店搜到；只需选择一个即可。

构建系统

最广泛使用的是用 Cmake，然而我并不喜欢它。网上也有一些类似的想法：Why CMake sucks?。

add_packages("soundtouch")
after_build(function(target)
	-- 1. 获取目标的所有依赖包
	local pkgs = target:pkgs()
	if pkgs then
		-- 2. 遍历所有包，找到我们需要的 'soundtouch'
		for _, pkg in pairs(pkgs) do
			if pkg:name() == "soundtouch" then
				-- 3. 获取包的安装路径下的 bin 目录 (通常存放 dll)
				local dll_dir = path.join(pkg:installdir("bin"), "bin")
				print("SoundTouch DLL dir: %s", dll_dir)
				-- 4. 检查目录是否存在且其中有文件
				if os.isdir(dll_dir) and #os.files(path.join(dll_dir, "*.dll")) > 0 then
					-- 5. 将该目录下的所有 dll 文件拷贝到当前目标的输出目录
					print("Copying DLL to %s", target:targetdir())
					os.cp(path.join(dll_dir, "*.dll"), target:targetdir())
				end
			end
		end
	end
end)

包管理

虽然有的构建系统（例如 xmake 有 xrepo）帮你解决了包管理问题 插一句，xrepo 实在是太方便了，热泪盈眶，但是大部分项目仍然需要使用专门的包管理器管理依赖，有时甚至需要手动摸索依赖。

windows（vcpkg）

vcpkg 是 windows msvc 体系里最常用的包管理器。你甚至可以在各种 rust 库里看到要求使用 vcpkg 安装的依赖，例如 libarchive。

• vcpkg 有两个工作模式，经典模式 和 清单模式，其实就是 global 和 per-project 的区别。如果你使用的是 Visual Studio 自带的 vcpkg，其默认运行（并且只能运行）在 清单模式；但是很多时候（比如上述的 rust 编译需要调用 vcpkg 时），直接用 vcpkg install xxx 会报错 Could not locate a manifest，我们更需要 经典模式 的全局包，因此用 scoop 再 install 一个独立的 vcpkg 是很有必要的。自己安装的 vcpkg 就可以工作在经典模式下了。
• 在 清单模式 下，使用 vcpkg new --application 生成默认的 vcpkg.json 和 vcpkg-configuration.json，使用 vcpkg add port xxx 添加包，最后要调用 vcpkg install 安装所有添加的包。
• scoop 安装的 vcpkg 可以同时工作在两个模式下，但是它们共用一个 vcpkg 仓库。所以如果你的系统 vcpkg 仓库太老，没有 manifest 里指定的 commit 就会报错，需要找到仓库（~/scoop/persist/vcpkg 下的某个文件夹）手动 git fetch。
• 只有指定 VCPKG_DEFAULT_TRIPLET=x64-windows-static env 或者使用 --triplet=x64-windows-static 才能安装静态库版本。

晕了吗？

linux

linux 上各种包一般依赖于系统包管理器与 pkgconfig 的 .pc 文件。系统包安装后自带了一个 .pc 文件用于指示包的位置、版本、依赖等信息。构建系统会通过 pkg-config 命令读取这些 .pc 文件来获取编译所需的信息。

Qt 开发环境

Qt 是一个 C++ 框架，主要是做 GUI 用的。查看介绍。不用的话可以不装。

由于 Qt creater 没有 vscode 中的强大插件，因此我希望在 vscode 中开发 Qt 代码。

Qt 的构建（从 Qt6 开始）默认生成 cmake 配置，但也可以手写 xmake 配置。

windows

linux

在 (arch)linux 上开发 qt 应用。

1. 通过 aqtinstall 安装 sdk；通过 pacman 安装 qt6-base.
2. 在 xmake.lua 中，新建 toolchains:
   lua

   toolchain("myqt")
       set_kind("standalone")
       if is_os("linux") then
           set_sdkdir("~/program/qt/6.6.0/gcc_64/") -- 填写 sdk 目录
           set_toolset("cxx", "clang")  -- 指定编译器
           add_linkdirs("/usr/lib/qt6/")
       end

   然后在 target 中 set_toolchains("myqt") 即可。

语言相关

在大片的构建系统篇幅后我们终于走到了语言基础，太悲哀了。

range-based for loop

>= C++11

不用再写下标了。

for(auto &i : vec){}

如果需要同时使用下标，可以用 ranges enumerate（不过要 C++20）。

而且，range-based for loop 还有生命周期问题，10 年未修复。使用时应特别注意。

数据结构

• <queue>：
  • 优先队列：priority_queue<T, vector<T>, std::greater<T>>
    • 自定义比较函数；重载类的 < operator

值类型

>= C++11

C++11 引入了更多的值类型，这其实也是所有权的体现。在左值和右值中间添加了 xvalue（将亡值），也就是带有所有权的右值（右值引用）（名词真的好多！）至于其他的 glvalue, prvalue 都是集合的相加相减，没啥意思。总之只要知道 xvalue 是啥就行。

std::move() 可以将值转换为 xvalue，实际上相当于 static_cast<T &&>()。

类型转换

>= C++11

• static_cast：不进行安全检查
• const_cast：设置或移除指针/引用所指对象的 const
• dynamic_cast：进行安全检查，用于指针/引用转换，可以用于运行时父类转子类
  • 有些情况下 dynamic_cast 的性能可以接近 static_cast。但大多数时候有额外开销。
• reinterpret_cast：无视类型，进行最底层的比特位复制

智能指针

>= C++11, <memory>

• shared_ptr 允许多个指针指向同一个对象，引用计数
  • (C++14) 使用 std::make_shared<Type>() 构建
  • reset() 不带参数则释放（== release()）
• unique_ptr 独占所指向的对象
• weak_ptr shared_ptr 的弱引用，不影响其计数器

多行字符串

Raw string: R""(some\text)""

面向对象

• 构造函数：
  cpp

  class MyClass {
  public:
      int* data;
      // 默认构造函数
      MyClass() : data(new int[100]) {}
      // 拷贝构造函数
      MyClass(const MyClass& other) : data(new int[100]) {
          std::copy(other.data, other.data + 100, data);
      }
      // 移动构造函数
      MyClass(MyClass&& other) noexcept : data(other.data) {
          other.data = nullptr; // 将资源置为空，避免释放时出错
      }
  };

• protected：指能被子类访问，不能被外部访问的成员。
• virtual：每个拥有虚对象的类本身都会有一个虚表，用来查询任何子类的某一特定重载。所以虚表对类是 static 的。
  • 虚函数查找表发生在运行时。
  • 调用虚函数所需的代价基本上和非虚函数效率一样，开销很小。
  • 其他的可以看这篇文章。
• C++ 允许多继承，菱形继承需要将中间类声明为虚类。（正常情况下不要使用菱形继承！）
• 非虚函数定义在类内自动内联。类外则需要显式 inline。
• C++ 实现 interface：纯虚类，所有函数都是纯虚函数。
• C++ 提倡继承代替组合。因为空类还会有 1byte 的空间，组合的话很亏。
• 私有继承不允许多态转换。

option

(C++17) C++ 中有 std::optional<T> 起到类似 rust 中 Option 的作用。

• 一些函数：has_value() -> bool, value() -> T, value_or(T) -> T

template

前往 external 1.，讲得非常不错。

内置模版比较函数

算法竞赛常用的，例如优先队列会用到。签名是 class Compare。主要有：std::greater, std::greater_equal, std::equal_to, std::not_equal_to，再加上两个 greater 改成 less 的。

variant

（C++17）

external 14. 是对 variant 的深度评测，推荐阅读。

variant 本意是封装的 union，可以当成错误处理的一种实现，类似 rust Result. C++23 请使用 std::expected.

获取值可以用 std::get + try catch，可以用 std::get_if，也可用 std::visit:

// 1
std::variant<int, string> v;
try {
  return std::get<int>(v);
} catch (std::bad_variant_access &) {
  return std::get<string>(v);
}
// 2
if (auto pval = std::get_if<int>(&v))
  return *pval;
else
  std::cerr << "failed to get value!" << '\n';
// 3
std::visit([](auto &&arg) {
  using T = std::decay_t<decltype(arg)>;
  if constexpr (std::is_same_v<T, int>)
    std::cout << "int with value " << arg << '\n';
  else if constexpr (std::is_same_v<T, string>)
    std::cout << "errlog: " << arg << '\n';
});

assert

static_assert(a < 0 && "error message"); // compile time
#include <cassert>
assert(a < 0 && "error message");  // runtime

至于 assert_eq 这种 std 就没有了，需要自己写宏或者引入 crpcut.hpp、GoogleTest 等框架。

explicit

explicit 可以防止隐式转换；修饰构造函数时，还可以防止复制初始化。rust 人非常喜欢这个东西。

if constexpr

编译期剪枝。可以用于类型判断。

#include <type_traits>
template <typename T>
void f(T)
{
  if constexpr (std::is_same_v<T, int>)
  {
    static_assert(false);
  }
}

ranges

>= C++20

ranges 是 C++ 在函数式方面的努力，C++20 的四大特性之一。简单的说就是把各类操作变换 chain 在一起，简化写法，不再需要 (c.begin(), c.end(), ...)。

example 可以看 cpp reference。

• std::views 和 std::ranges::views 是等价的。
• std::ranges::for_each(Range, func) 不能用 | chain，我不明白为什么要这么设计，有点脑残。
• std::views::transform 就是 map。
• 直到 C++23 都没有一个可 chain 的 reduce (std::ranges::fold_left)
• std::views::zip 和 std::views::enumerate 返回结果都是 tuple，要用 std::get<0>(tuple) 取值。
• 遍历 zip 时必须用 auto，不能用 auto &：
  cpp

  for (auto [a, b] : std::ranges::views::zip(range_a, range_b)) {}

volatile

表示某个变量可能随时变化，不要优化此变量的操作。

其他注意点

• C++ 的错误处理并没有一个除 0 的标准错误，因此自己处理时需要 if 判断并 throw.
• 被 C++20 的 std::ranges::remove_if() 坑过（可能当时编译器实现有 bug(?)）
• 或许很难注意到的一些 UB：有符号整数的溢出是 UB，控制流到达返回值不为 void 的函数的末尾，还有一些操作裸指针的 source

三方库

收集了一些三方库。

• hypengw/rstd：一个 Rusty 的 C++ std

Qt

基本介绍 --> 官网

Qt 是一个成熟的跨平台，跨语言的 GUI 框架（不建议再使用 MFC 等等了）。我用 C++ 做的最早的 GUI 应用就是用 Qt 写的。对于 C++ + GUI 需求，Qt 是比较简单快速的选择。

• 它封装了很多窗口与控件类，可以轻松使用而并不需要深入了解其内部实现与原理 （实际上它几乎封装了一切）
• 它支持可视化构建窗口界面 (Qt Designer)，极大幅度减小代码量
• 它提供的软件打包方式比较人性化（有坑）

安装

推荐使用 CLI，快、用时短、空间占用小、无需登录

• CLI: aqtinstall
  1. scoop install aqtinstall
  2. aqt install-qt --outputdir D:\software\QtSDK windows desktop 6.6.0 win64_msvc2019_64（我的示例，别抄，去读文档；安装大小是 1.46G，已经很不错了）
• 官方 GUI: qt.io。
  • 需要在 msvc/mingw 中选择其一(?)。如果不想装重量级的 Visual Studio (提供 msvc)，你可以尝试安装 mingw 的 sdk，占用空间小点，不过配置会稍微麻烦一点。

其他组件

一些可能会用到的第三方组件 / 框架。

• QDarkStyleSheet：窗口深色模式，参考深色模式。
• FluentUI：提供一套 UI 框架。

dark mode

深色模式支持是很重要的。

你可以很简单地添加深色模式（高对比度）；若你想使用更为柔和一点的颜色，可以使用第三方的 QDarkStyleSheet。

唤起最小化的窗口

show();showNormal();raise();activateWindow();

关于控件组

Qt 官方提供了 QButtonGroup 类。该类提供了对 QAbstractButton（即记忆化选择按钮）的分组。将按钮添加到 QButtonGroup 对象中，点击某一按钮时，组中其他按钮会被自动取消 toggle（已点击状态）。你也可以为组中每个按钮赋予数字 id，通过 id 对控件进行调用。

当然，QButtonGroup 类的使用范围是具有很大局限性的。若想对其他不同类型的控件新建分组该怎么做呢？

答：使用 QVector<QWidget*>。由于部分常用控件(QPushButton,QLable 等)继承自 QWidget，因此通过 QWidget 类型容器对组内控件进行统一操作，例如需要隐藏主窗口内的所有控件，只需 for (auto &i : elements) i->hide(); 即可。

对于 hide() 与 show() 操作来说，更简便的方法是将所有控件加入新的 widget，然后将该 widget 的父对象设为主窗口。之后的隐藏与显示只需对该 widget 操作即可。

关于资源文件

Qt 提供方便的资源文件引用。在项目中通过 Add New... 新建 Qt Resource File^[2] 并添加文件到 .qrc 内。Qt 在构建时会将添加的文件以二进制形式存放在生成的 exe 文件中。无需将资源文件放入打包目录，程序将会从 exe 中引用资源。

但是请注意，加入 .qrc 中的资源文件是只读的。有修改需求的文件请勿使用此方法。*（使用相对路径）*

添加图标与版本信息

1. 新建 xxx.rc，内容为 IDI_ICON1 ICON DISCARDABLE "logo.ico" （定位到你的 ico 图标）
2. （使用 xmake）将 xxx.rc 加入 xmake.lua：add_files(static/xxx.rc)

打包

Qt 拥有人性化的打包服务。复制 release 输出目录中的 exe 文件到任意目标目录，在目录下使用 windeployqt xxx.exe 命令即可完成打包（windeployqt 需要在环境变量内，否则使用绝对位置）。

但是到了 Qt6，情况就完全不一样了。。Qt6 的打包不管使用 windeployqt 或 windeployqt6 打包后，程序都无法运行。重装 SDK 后也是如此。首先，使用 windeployqt 会缺失 Qt6Core.dll, Qt6Gui.dll, Qt6Widgets.dll 这老三样。其次，手动复制这三样后，测试还会出现 bug：

解法是将 Qt SDK 目录下的 plugins 文件夹复制到打包的 exe 目录下^[3]。。

优化

这样打包出来的程序体积还能进一步缩小。运行 exe 后，全选目录下文件并删除，跳过已被打开的所有文件，并递归地对每个文件夹进行同样的操作。这样能够移除不必要的运行库从而大幅降低发布包的大小。

测试

打包之后需要测试有没有丢运行库。换用另一个环境测试也太麻烦了点，而傻逼 windows GUI 也把环境变量藏得实在是太好，徒增了许多麻烦。其实只要在命令行中临时删除环境变量，再运行即可：

set path=''
main.exe

全局快捷键

参考此文章。如果要在 Qt6 中使用，需要把 virtual bool nativeEventFilter 的最后一个参数由 long* 改为 qintptr*.

怎么说，这几乎是我在几乎全网搜到的唯一可用的全局快捷键代码^[4]。。而且由于调用了 windows api，因此只能在目标为 windows 上的 Qt 使用。linux 还需要看看 Github QHotKey。

按键事件

Qt6 提供了 QShortCut，大大简化了非全局按键事件的处理。只需要创建一个 QShortCut 对象，connect 即可。

JSON 处理

根据 benchmark，QJson 是 JSON 库中占用内存最小的。（某个测试项目）

读取

QFile file("a.json");
if(!file.open(QIODevice::ReadOnly)){
    qDebug() << "open file failed.";
    return;
}
QByteArray data(file.readAll());
file.close();
QJsonParseError jError;
QJsonDocument jDoc = QJsonDocument::fromJson(data, &jError);
if(jError.error != QJsonParseError::NoError){
    qDebug() << "read json error.";
    return;
}
QJsonObject rootjsonobj = jDoc.object();

此时 rootjsonobj 即为读入的 QJsonObject 对象（理解为 python 中的字典对象）。

通过 rootjsonobj[KEY] 访问得到一个 QJsonValue，可以调用 toObject() / toString() 等函数将之转换为对应类型。

写入

QJsonDocument jDoc(rootjsonobj);
QFile file("b.json");
if(!file.open(QIODevice::Truncate | QIODevice::WriteOnly)){
    qDebug() << "write json error.";
    return;
}
QByteArray data(jDoc.toJson());
file.write(data);
file.close();

潜伏知识

1. C++ 开源 json 库性能好的有 simdjson 和 sonic；benchmark, but out of date

external

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1. C++ 性能优化指南
2. Compiler Options Hardening Guide for C and C++