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Pwn 基础之C/C++（九）：从 C 到 C++——类、对象与 RAII

本篇目标：理解 C++ 引用、对象、构造析构和现代资源管理。

预计阅读时间：20～25 分钟。

1. 第一个 C++ 程序 

#include <iostream>

int main()
{
    std::cout << "Hello, C++!" << '\n';
    return 0;
}

编译：

g++ -std=c++17 -Wall -Wextra -g -O0 program.cpp -o program

std 是标准库命名空间，std::cout 是其中的输出流对象。

2. 引用 

int value = 100;
int &reference = value;

reference = 200;

reference 是 value 的另一个名称，修改引用就是修改原对象。

引用声明后必须绑定到对象，普通引用不能再改为引用另一个对象。

3. 按引用传递 

void change(int &value)
{
    value = 100;
}

调用：

int number = 10;
change(number);

C 中通常需要使用指针：

void change(int *value);
change(&number);

C++ 引用提供了另一种表达“操作原对象”的方式。

4. 常量引用 

void print_name(const std::string &name)
{
    std::cout << name << '\n';
}

const T &：

  • 避免复制较大对象；
  • 不允许函数通过该引用修改对象；
  • 常用于只读参数。

5. 函数重载 

int add(int a, int b)
{
    return a + b;
}

double add(double a, double b)
{
    return a + b;
}

C++ 可以根据参数类型选择同名函数。编译后需要通过名称修饰区分不同签名。

6. 类与对象 

#include <iostream>
#include <string>

class User {
private:
    int id_;
    std::string name_;

public:
    void set_id(int id)
    {
        id_ = id;
    }

    int get_id() const
    {
        return id_;
    }

    void set_name(const std::string &name)
    {
        name_ = name;
    }

    void print() const
    {
        std::cout << id_ << ": " << name_ << '\n';
    }
};

使用：

User user;
user.set_id(1);
user.set_name("Alice");
user.print();

类把数据和操作这些数据的函数组合在一起。

7. class 与 struct

C++ 中两者都能拥有成员变量、成员函数、构造函数、析构函数和继承。

主要默认区别：

class  默认 private
struct 默认 public

8. 访问控制 

class Example {
public:
    int public_value;

protected:
    int protected_value;

private:
    int private_value;
};

访问控制是编译期语言规则。private 成员仍然是对象状态的一部分。

9. this 指针

成员函数需要知道正在操作哪个对象，内部存在隐含的 this 指针：

void set_id(int id)
{
    this->id_ = id;
}

this 指向当前对象。

10. 构造函数 

class User {
private:
    int id_;

public:
    User()
        : id_(0)
    {
    }

    explicit User(int id)
        : id_(id)
    {
    }
};

User first;
User second(10);

成员初始化列表直接初始化成员。explicit 可以阻止不希望发生的单参数隐式转换。

11. 析构函数 

class Resource {
public:
    Resource()
    {
        std::cout << "created\n";
    }

    ~Resource()
    {
        std::cout << "destroyed\n";
    }
};

局部对象离开作用域时会自动调用析构函数。

12. RAII

RAII：Resource Acquisition Is Initialization。

核心思想：

资源的生命周期绑定到对象生命周期。

构造时获取资源，析构时释放资源。资源可以是内存、文件、锁、连接或系统句柄。

13. new 与 delete 

int *pointer = new int(100);
delete pointer;
pointer = nullptr;

数组：

int *numbers = new int[10];
delete[] numbers;

对应关系：

malloc ↔ free
new ↔ delete
new[] ↔ delete[]

new 创建对象并调用构造函数，delete 调用析构函数并释放存储。

14. 智能指针

现代 C++ 更推荐让对象自动管理动态资源：

#include <memory>

auto pointer = std::make_unique<int>(100);

离开作用域后自动释放。

  • std::unique_ptr：唯一所有权；
  • std::shared_ptr：共享所有权；
  • std::weak_ptr：观察共享对象但不增加强引用计数。

只有一个所有者时优先使用 unique_ptr。

15. 标准容器优先

手动动态数组：

int *numbers = new int[10];

多数普通业务代码中更适合：

#include <vector>

std::vector<int> numbers(10);

字符串也优先考虑：

std::string name = "Alice";

标准类型会负责其内部资源生命周期。

本篇练习

  1. 用引用实现整数交换。
  2. 创建 Student 类，包含构造函数和打印函数。
  3. 创建对象并观察构造、析构顺序。
  4. 用 std::vector 重写 C 动态数组练习。
  5. 用 std::unique_ptr 管理一个自定义对象。

本篇小结

  • 引用是对象的别名；
  • 类组合数据和成员函数；
  • this 指向当前对象；
  • 构造函数初始化对象，析构函数完成清理；
  • RAII 将资源和对象生命周期绑定；
  • 现代 C++ 优先使用容器和智能指针。

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