《More Effective C++》程式代碼詳解 第三階段

在C++中，異常處理通常使用try-catch塊來捕獲和處理異常。異常可以通過值（by value）或引用（by reference）的方式捕獲。

下面是一個以引用方式捕獲異常的示例：

#include <iostream>

void divide(int numerator, int denominator, int& result) {
    if (denominator == 0) {
        throw "Divide by zero exception";
    }
    result = numerator / denominator;
}

int main() {
    int numerator, denominator, result;

    std::cout << "Enter numerator: ";
    std::cin >> numerator;

    std::cout << "Enter denominator: ";
    std::cin >> denominator;

    try {
        divide(numerator, denominator, result);
        std::cout << "Result: " << result << std::endl;
    } catch (const char* exception) {
        std::cout << "Exception caught: " << exception << std::endl;
    }

    return 0;
}
           

在上面的示例中，divide()函數用于計算兩個整數的商，并将結果通過引用參數result傳回。如果除數為0，則會抛出一個字元串類型的異常。

在main()函數中，我們使用try-catch塊來捕獲可能抛出的異常。divide()函數被調用時，result參數被傳遞給函數，并在函數内部進行修改。如果異常被抛出，catch塊會捕獲到異常并進行處理。

這是一個簡單的示例，用于示範以引用方式捕獲異常的用法。實際應用中，異常處理可能更加複雜，可以根據具體需求進行适當的處理和設計。

C++中的異常處理是一種用于處理程式運作過程中可能發生的異常情況的機制。異常處理可以幫助我們優雅地處理錯誤，并在必要時進行适當的恢複操作。

然而，異常處理也會帶來一些成本。以下是一些可能會增加異常處理成本的情況的例子：

1. 異常處理邏輯的編寫和維護成本：編寫和維護異常處理代碼需要一定的工作量和技術知識。異常處理代碼通常需要與程式的其他部分進行良好的內建，這可能需要額外的開發和調試工作。

2. 異常處理的運作時成本：當異常發生時，C++運作時系統需要執行一系列操作來查找适當的異常處理程式并進行跳轉。這個過程可能會導緻一定的性能損失。

3. 對象析構成本：當異常發生時，C++運作時系統會自動調用相關對象的析構函數以確定資源的正确清理。這可能會導緻額外的開銷，特别是在處理異常的過程中涉及到大量對象的情況下。

4. 異常安全性的成本：在編寫異常安全的代碼時，需要考慮到異常發生時對象狀态的一緻性和資源的正确釋放。這可能需要額外的設計和實作工作，并且可能會增加代碼的複雜性。

需要注意的是，異常處理成本的影響因素是多方面的，具體取決于程式的規模、複雜性和性能要求等因素。在實際開發中，我們需要權衡使用異常處理的利弊，并根據具體情況進行決策。

C++中的操作符複合形式（op=）是一種簡化的文法形式，用于将某個操作符與指派操作符（=）結合起來，以便更友善地對變量進行操作和指派。下面是一些常見的操作符複合形式的示例：

1. 指派操作符（=）的複合形式：

int a = 5;
a += 2;  // 相當于 a = a + 2;
a -= 3;  // 相當于 a = a - 3;
a *= 4;  // 相當于 a = a * 4;
a /= 2;  // 相當于 a = a / 2;
a %= 3;  // 相當于 a = a % 3;
           

1. 算術操作符的複合形式：

int a = 5;
a += 2;  // 相當于 a = a + 2;
a -= 3;  // 相當于 a = a - 3;
a *= 4;  // 相當于 a = a * 4;
a /= 2;  // 相當于 a = a / 2;
a %= 3;  // 相當于 a = a % 3;
           

1. 位操作符的複合形式：

int a = 5;
a &= 3;  // 相當于 a = a & 3;
a |= 6;  // 相當于 a = a | 6;
a ^= 9;  // 相當于 a = a ^ 9;
a <<= 2; // 相當于 a = a << 2;
a >>= 1; // 相當于 a = a >> 1;
           

這些示例展示了一些常見的操作符複合形式，你可以根據具體的需求使用不同的操作符和指派操作符來進行操作和指派。

當考慮在C++中使用其他程式庫時，有許多選擇可供您使用。以下是一些常見的C++程式庫的示例：

1. Boost：Boost是一個廣泛使用的C++程式庫集合，提供了許多有用的工具群組件，例如字元串處理、容器、算法、多線程支援等。

2. STL（Standard Template Library）：STL是C++标準庫的一部分，提供了許多常用的資料結構和算法，如向量、連結清單、映射、排序和搜尋算法等。

3. OpenCV：OpenCV是一個開源計算機視覺庫，用于處理圖像和視訊資料。它提供了各種圖像處理和計算機視覺算法，可用于圖像處理、目标檢測、人臉識别等應用。

4. OpenGL：OpenGL是一個跨平台的圖形庫，用于渲染2D和3D圖形。它提供了一套API，可以在各種平台上繪制圖形，用于遊戲開發、計算機圖形學等領域。

5. Qt：Qt是一個流行的跨平台應用程式架構，用于開發圖形使用者界面（GUI）和其他應用程式功能。它提供了豐富的工具群組件，使開發人員能夠快速建構功能強大的應用程式。

6. Poco：Poco是一個輕量級的C++類庫，提供了許多實用的元件和工具，用于開發網絡應用、多線程應用、資料庫連接配接、XML處理等。

這隻是一小部分可用的C++程式庫示例。根據您的具體需求和項目要求，您可能需要進一步研究和評估适合您的程式庫。

C++中的虛函數、多重繼承、虛基類和運作時類型識别（RTTI）的成本可以因情況而異。下面是一些例子來說明它們的成本和用法。

1. 虛函數（Virtual Functions）：

- 成本：使用虛函數會引入額外的開銷，因為需要在運作時進行動态綁定。這可能導緻函數調用的性能略有下降。

- 舉例：假設有一個基類Animal，派生類Dog和Cat都重寫了基類的虛函數sound()。在運作時，使用基類指針或引用調用sound()函數時，實際調用的是派生類的實作。

2. 多重繼承（Multiple Inheritance）：

- 成本：多重繼承可能增加代碼複雜性，并引入命名沖突和二義性問題。解決這些問題可能需要更多的開發時間和努力。

- 舉例：假設有一個類A和類B，它們都是類C的基類。通過多重繼承，類D可以同時繼承類A和類B的成員，并具有它們的功能。

3. 虛基類（Virtual Base Classes）：

- 成本：虛基類可以用于解決多重繼承中的菱形繼承問題，但使用虛基類可能會引入額外的記憶體開銷。

- 舉例：假設類A是類B和類C的虛基類，而類D同時從類B和類C派生。通過使用虛基類，可以確定類D中隻包含一個類A的執行個體。

4. 運作時類型識别（Runtime Type Identification，RTTI）：

- 成本：RTTI提供了在運作時擷取對象的類型資訊的能力，但使用RTTI可能會增加代碼的複雜性和運作時開銷。

- 舉例：使用dynamic_cast運算符可以在運作時檢查指針或引用所指向的對象的實際類型，并進行相應的操作。

需要注意的是，成本是相對的，取決于具體的使用情況和實作方式。在設計和使用這些特性時，需要權衡它們的優勢和成本，并根據實際需求做出選擇。

在C++中，構造函數（constructor）和非成員函數（non-member functions）無法被聲明為虛函數（virtual）。虛函數是用于實作多态性的特殊類型的成員函數。隻有類的成員函數（包括析構函數）可以被聲明為虛函數。

然而，可以通過其他方式來實作類似的效果，例如使用工廠模式或者接口類的方式。下面是一些示例代碼來說明如何實作虛化構造函數和非成員函數的效果：

1. 使用工廠模式：

class Base {
public:
    virtual ~Base() {}
    static Base* createInstance(); // 靜态工廠函數
    virtual void someFunction() = 0;
};

class Derived : public Base {
public:
    void someFunction() override {
        // 實作具體的功能
    }
};

Base* Base::createInstance() {
    return new Derived();
}
           

在這個例子中，我們定義了一個抽象基類Base，其中的純虛函數someFunction可以實作多态性。通過靜态工廠函數createInstance來建立Base類的執行個體，實際傳回的是Derived類的執行個體。

1. 使用接口類：

class Interface {
public:
    virtual void someFunction() = 0;
};

class MyClass : public Interface {
public:
    void someFunction() override {
        // 實作具體的功能
    }
};
           

在這個例子中，我們定義了一個接口類Interface，其中的純虛函數someFunction可以實作多态性。MyClass類繼承自Interface類，并且實作了someFunction函數。

通過上述方法，可以達到類似虛化構造函數和非成員函數的效果。這樣可以實作多态性，讓不同的子類實作自己的功能。

在C++中，可以使用函數模闆和運算符重載來根據不同的對象類型來決定如何進行虛化。以下是一個示例：

#include <iostream>

// 定義一個基類
class Base {
public:
    virtual void foo() {
        std::cout << "Base::foo() called" << std::endl;
    }
};

// 定義一個派生類
class Derived : public Base {
public:
    void foo() override {
        std::cout << "Derived::foo() called" << std::endl;
    }
};

// 定義一個函數模闆
template <typename T>
void virtualize(T& obj) {
    obj.foo();  // 調用對象的虛函數
}

int main() {
    Base base;
    Derived derived;

    virtualize(base);    // 調用 Base 類的虛函數
    virtualize(derived); // 調用 Derived 類的虛函數

    return 0;
}
           

在上面的示例中，我們定義了一個基類 Base 和一個派生類 Derived，它們都有一個名為 foo() 的虛函數。然後，我們定義了一個函數模闆 virtualize()，它接受一個對象引用，并調用對象的 foo() 函數。

在 main() 函數中，我們建立了一個 Base 類型的對象 base 和一個 Derived 類型的對象 derived。然後，我們分别将這兩個對象傳遞給 virtualize() 函數。由于 foo() 是虛函數，是以在運作時會根據對象的實際類型來調用相應的函數。

在輸出中，你會看到 virtualize(base) 調用了 Base::foo()，而 virtualize(derived) 調用了 Derived::foo()。這就是根據對象類型來決定如何虛化的示例。