，内存管理与对象生命周期 10. C++ 异常处理机制的前世今生 我们都要认真鞋习哦 我们都要认真鞋习哦 第一章：读取与写入 我负责监督你鞋习 ! 我负责监督你鞋习 ! map 查找元素的两个接口 • map 提供了两个查找元素的接口，一曰 [] ，二曰 at 。 • 那么他们两个又有什么区别呢？很多新手都分不清他俩，可能只认识 [] 。 读取 map 元素 • map m; 。而如果另一个同学是硬核的计算 机思维，相当于 C++ 的一视同仁 API ，他会以为小彭老师真的在吃答辩。 • 这是通常来说，不过万一小彭老师真的这么重口味在吃答辩呢？要怎么传达这个信息？ C++ 一视同仁的接口就能处理这种罕见的情况，不过 Python 用一些 if 语句套一套一样可以。 深入理解 Python 中 [] 能自动区分是读是写的原理 • 写入要创建元素，而读取则要在元素不存在时出错，确实应该是两个不同的函数。 简单粗暴的 Java 用法 • 与 Python 和 C++ 不同， Java 放弃了花里胡哨的运算符重载，索性都采用成员函数 get put 来表示，非常明确。主要是为了把 get 和 put 作为接口函数，可以对应多个具体 实现。 错误示范 • 小彭老师说过，读取必须用 at 。 • 而这位同学却用了 [] 来读取 items 里的值。 • 乍看之下好像没错，运行结果也是正确的，但 这只是碰巧你的

来把数组设为空。 • void clear() noexcept; vector 容器： clear 配合 resize • resize 会保留原数组的前面部分不变，只 在后面填充上 0 。 • 如果需要把原数组前面的部分也填充上 0 ，可以先 clear 再 resize ，这是一个 常见的组合。 • void clear() noexcept; vector 容器： push_back 函数返回之后解构） vector 容器： resize 到更大尺寸会导致 data 失效 • 当 resize 的目标长度大于原有的容量时， 就需要重新分配一段更大的连续内存，并 把原数组长度的部分移动过去，多出来的 部分则用 0 来填充。这就导致元素的地址 会有所改变，从而过去 data 返回的指针 以及所有的迭代器对象，都会失效。 vector 容器： resize 到更小尺寸不会导致 data 况下，只用最简单的接口（首地址指针） 就完成了遍历和打印的操作。 迭代器模式 • 使用指针和长度做接口的好处是，可以通 过给指针加减运算，选择其中一部分连续 的元素来打印，而不一定全部打印出来。 • 比如这里我们选择打印前三个元素（去掉 了最后一个元素，但不必用 pop_back 修 改数组，只要传参数的时候修改一下长度 部分即可）。 迭代器模式 • 使用指针和长度做接口的好处是，可以通

之前，我们先了解一下从 C++11 开始，被弃用的主要特性： 注意：弃用并非彻底不能用，只是用于暗示程序员这些特性将从未来的标准中消失，应该尽 量避免使用。但是，已弃用的特性依然是标准库的一部分，并且出于兼容性的考虑，大部分 特性其实会『永久』保留。 • 不再允许字符串字面值常量赋值给一个 char *。如果需要用字符串字面值常量赋值和初始化一个 char *，应该使用 const char * 或者 。 1.2 与 C 的兼容性 出于一些不可抗力、历史原因，我们不得不在 C++ 中使用一些 C 语言代码（甚至古老的 C 语言代 码），例如 Linux 系统调用。在现代 C++ 出现之前，大部分人当谈及『C 与 C++ 的区别是什么』时， 普遍除了回答面向对象的类特性、泛型编程的模板特性外，就没有其他的看法了，甚至直接回答『差不 多』，也是大有人在。图 1.2 中的韦恩图大致上回答了 C 常数，而不是一个常量表达式，因此（即便这种行为在大部分编译器中 都支持，但是）它是一个非法的行为，我们需要使用接下来即将介绍的 C++11 引入的 constexpr 特性 来解决这个问题；而对于 arr_5 来说，C++98 之前的编译器无法得知 len_foo() 在运行期实际上是返 回一个常数，这也就导致了非法的产生。 注意，现在大部分编译器其实都带有自身编译优化，很多非法行为在编译器优化的加持下会

表示回车（‘ \r’ ） • 27 表示 ESC 键（‘ \x1b’ ） • 127 表示 DEL 键（‘ \x7f’ ）等 • 0~31 和 127 这些整数，就构成了 ASCII 码中控制字符的部分。 关于控制字符的一个冷知识 • 在 Linux 命令行中启动 cat 。 • 试试按 Ctrl+R ， Ctrl+E ， Ctrl+C 等一系列 组合键，看到出现了什么？ • 可以看到显示的字符变成了 语言中规定字符类型为 char 类型，是个 8 位整数。 • 这是因为 ASCII 码只有 0~127 这些整数，而 8 位整数的表示范围是 2^8 也就是 0~255 ，足以表示所有 ASCII 字符了（多余的部分实际上被用于表示 中文）。 • char 和整数无异，例如 ‘ a’ 实际上会被编译器翻译成他对应的 ASCII 码： 97 。写 ‘ a’ 和写 (char)97 是完全一样的，方便阅读的语法糖而已。 利用 C 语言字符串“以 0 结尾”这个特点，我们可以在一个 本来非 0 的字符处写入 0 ，来提前结束字符串。例如在第 n 个字符写入 0 ，就会只保留前 n 个字符作为一个子字 符串，删除后半部分。 “0 结尾字符串”知识点应用举例 • C 语言所谓的字符串类型 char * 实际上就是个首地址指 针，如果让首地址指针向前移动 n 位，那就实现删除前 n 个字符的效果，而不用实际修改数组本身（更高效）。

及以上（跨平台作业） Git 2.x （作业上传到 GitHub ） CUDA Toolkit 10.0 以上（ GPU 专题） 温馨提示： 1. 会用到第二讲（ RAII 与智能指针）里的知识 2. 课件中一部分代码是基于 C++17 的 个人认为， C++11 中很多特性， 其实可以看做是为了支持多线程而 顺带引入的……如 chrono 、移动 、 lambda 、 RAII…… 第 0 章：时间 C std::unique_lock 或 std::lock_guard 的第二个参数，这时他们会默认 mtx 已经 上锁。 std::unique_lock 和 std::mutex 具有同样的接口 • 其实 std::unique_lock 具有 mutex 的所有成员函数： lock(), unlock(), try_lock(), try_lock_for() 等。除了他 会在解构时按需自动调用 这种只要具有某些指定名字的成员函数，就判断一个 类是否满足某些功能的思想，在 Python 称为鸭子类 型，而 C++ 称为 concept （概念）。比起虚函数和 动态多态的接口抽象， concept 使实现和接口更加解 耦合且没有性能损失。 第 4 章：死锁 同时锁住多个 mutex ：死锁难题 • 由于同时执行的两个线程，他们中发生的指令不 一定是同步的，因此有可能出现这种情况：

我们统一通过 unique_ptr 来管理对象，这样尽管 CudaSurface 对象是不可 移动的，我们仍可以通过移 动其指针的方式来实现双缓 冲（ std::swap ）。 对流部分 对流部分：计算对流后位置（ RK3 ） • 这里我参考了 Taichi 官方案例中的 stable_fluid.py 代码（二维定常流仿真），主要由 k-ye 编写 ，我学习 GAMES201 后贡献了支持 （ semi-lagrangian ）对流。 对流部分：根据对流后位置重新采样 • 和 k-ye 思路不同的是我先在刚刚的 advect_kernel 算出对流后要采样的位置（ loc ），然 后再对 vel 和 clr 根据刚刚算得的 loc 移动位置。这样 RK3 的对流只需要算一遍，避免 重复对每个场都做一次对流的开销。 对流部分：最终实现 • 然后，在 SmokeSim::advection clr ，并且读写是不同的坐标位置。 • 因此对 clr 和 vel 使用了双缓冲，写入 clrNext 的同时读取 clr 没有冲突，写入完毕后对调 clrNext 和 clr 。 投影部分 投影部分 • 我们要模拟的流体是不可压缩的，因此有着无散度的特点： div v = 0 • 上式对时间求导，即 d(div v)/dt = div dv/dt = 0 ；带入 dv/dt = -p

这样只需要写一遍 eatTwice ，就可以对猫和狗都适用，实现代码的复用（ dont-repeat-yourself ）， 也让函数的作者不必去关注点从猫和狗的其他具体细节，只需把握住他们统一具有的“吃”这个接口。 小知识： shared_ptr 如何深拷贝？ 浅拷贝： 深拷贝： 思考：能不能把拷贝构造函数也作为虚函数？ • 现在我们的需求有变，不是去对同一个对象调用两次 eatTwice ，而是先把对象复制一份 他的源码，但你的老板却要求你把 speak 变 成一个虚函数！怎么样，是不是准备好递交辞 呈了？慢着，让万能的小彭老师来救你！ 类型擦除：还是以猫和狗为例 • 你还是可以照常定义一个 Animal 接口，其 具有一个纯虚函数 speak 。然后定义一个 模板类 AnimalWrapper ，他的模板参数 Inner 则是用来创建他的一个成员 m_inner 。 • 然后，给 AnimalWrapper 类型全局变量 helper ，然后他的右边其实是可以写一个表达 式的，这个表达式实际上会在 main 函数之 前执行！ • 全局变量的初始化会在 main 之前执行，这实 际上是 C++ 标准的一部分，我们完全可以放 心利用这一点来执行任意表达式。 • 对于 DLL 来说则是 DLL 加载时执行表达式 。 逗号表达式的妙用 • 那么这里是因为比较巧合， printf 的返回类型 正好是

比如，利用重载实现“将一个数乘以 2” 这个 功能，需要： 为什么面向对象在 HPC 不如函数式和元编程香了？ 这个例子要是按传统的面向对象思想，可能是这样： 令 Int, Float, Double 继承 Numeric 接口类并实现 ，其中 multiply(int) 作为虚函数。然后定义： Numeric *twice(Numeric *t) { return t->multiply(2); } 且不说这样的性能问题，你忍得住寂寞去重复定义好 V> // 错误！ 模板参数：多个模板参数 • int N 和 class T 可以一起使用。 • 你只需要指定其中一部分参数即可，会自 动根据参数类型（ T msg ）、默认值（ int N = 1 ），推断尖括号里没有指定的那些参 数。 模板参数：参数部分特化 1. func(T t) 完全让参数类型取决于调用者 。 2. func(vector t) 这样则可以限定仅仅 这样则可以限定仅仅 为 vector 类型的参数。 • 这里用了 const & 避免不必要的的拷贝。 • 不过，这种部分特化也不支持隐式转换。 为什么要支持整数作为模板参数：因为是编译期常量 • 你可能会想，模板只需要支持 class T 不就行了？反正 int N 可以作为函数的 参数传入，模板还不支持浮点。 • template void func(); • 和 •

新特性，都可以用。甚至可以把任何一个 C++ 项目的文件后缀名全部改成 .cu ，都能编 译出来。 • 这是 CUDA 的一大好处， CUDA 和 C++ 的关 系就像 C++ 和 C 的关系一样，大部分都兼容 ，因此能很方便地重用 C++ 现有的任何代码库 ，引用 C++ 头文件等。 • host 代码和 device 代码写在同一个文件内，这 是 OpenCL 做不到的。 编写一段在 GPU 指令针对 CPU 和 GPU 生成不同的代码 • CUDA 编译器具有多段编译的特点。 • 一段代码他会先送到 CPU 上的编译器（通常是系统自带的编译 器比如 gcc 和 msvc ）生成 CPU 部分的指令码。然后送到真 正的 GPU 编译器生成 GPU 指令码。最后再链接成同一个文件 ，看起来好像只编译了一次一样，实际上你的代码会被预处理很 多次。 • 他在 GPU 编译模式下会定义 __CUDA_ARCH__ 的数组，返回其起始地址 • void deallocate(T *p, size_t n) // 释放长度为 n ，起始地址为 p ，类型为 T 的数组 抽象的 std::allocator 接口 • vector 会调用 std::allocator 的 allocate/deallocate 成员 函数，他又会去调用标准库的 malloc/free 分配和释放内存空间 （即他分配是的

没有异议、可以望文生义的中文名词，我才使用。 虽然许多名词已经耳熟能详，我想我还是有必要把它们界定一下： API - Application Programming Interface。系统开放出来，给程序员使用的接口，就是 API。一般人的观念中API 是指像C 函数那样的东西，不尽然！DOS 的中断向量 （interrupt vector）也可以说是一种API，OLE Interface（以C++ 类别的形式呈现）也可 们增添消息处理函数；也可以学习如何设计Document，如何改写CView::OnDraw 和 CDocument::Serialize，这是两个极端重要之虚拟函数。 Scribble Step2－修改使用者接口（第９章）：这个版本变化了菜单，使程序多 了笔宽设定功能。由于菜单的变化，也带动了工具栏与状态列的变化。 从这个版本中我们可以学习如何使用资源编辑器，制作各式各样的程序资源。为了把 菜单命令处 ge）之后直接调用它就好 了？原因是，除了你需要调用它，有很多时候操作系统也要调用你的窗口函数（例如当 20 某个消息产生或某个事件发生）。窗口函数设计为callback 形式，才能开放出一个接口 给操作系统叫用。 消息映射（Message Map）的雏形 有没有可能把窗口函数的内容设计得更模块化、更一般化些？下面是一种作法。请注意， 以下作法是MFC「消息映射表格」（第９章）的雏形，我所采用的结构名称和变量名称，