为什么C++模板不支持分离式编译

前言

最近编译C++代码时出现链接失败信息,类似下图:

图一

初见这个错误有些令人费解,不过经过一番分析,发现原因还是清晰的,和大家一起分享一下。

图一中使用的tpl.h代码如下:

#pragma once

template <typename T>
int compare(const T& a, const T& b);

tpl.cpp代码如下:

#include "tpl.h"
#include <iostream>

template <typename T>
int compare(const T& a, const T& b) {
    if (a == b) {
        return 0;
    }
    return (a > b) ? 1 : -1;
}

main.cpp代码如下:

#include <iostream>
#include "tpl.h"

int main() {
    int res = compare<int> (1, 2);
    std::cout << res << std::endl;
}

我一直习惯把模板实现写在头文件中,因此从未遇见这种错误。这次偶然将模板声明和实现分离,出现了链接错误,这引发了我一些思考,为什么模板不支持分离式编译?

模板的编译

为了搞清楚模板是怎么编译的,这里以上述tpl.cpp中的compare模板函数为例。tpl.h中声明了一个模板函数并且在tpl.cpp中实现这个模板函数。现在我们编译tpl.cpp,生成的汇编代码如下:

图二

可以看出,一个模板如果没有被调用的时候,编译器不会对这部分代码做任何处理,一行指令都没有。实际上编译器也不知道要怎么处理这个模板,在没有调用之前,模板的参数类型是不确定的。

假如我们在tpl.cpp中增加调用compare的函数的test函数,如下:

int test() {
    int res = compare<int> (1, 2);
    std::cout << res << std::endl;
    return res;
}

再编译tpl.cpp就会发现,生成的汇编文件里面已经有了以int为参数的compare函数了,如下图:

图三

链接错误问题分析

那么图一中的链接错误是怎么发生的?我们执行了g++ tpl.cpp main.cpp这个命令,大致会经过下面这三个步骤:

  1. 编译并且汇编tpl.cpp,生成tpl.o目标文件
  2. 编译并且汇编main.cpp,生成main.o目标文件
  3. 链接tpl.o和main.o生成可执行文件

编译tpl.cpp已经分析过了,由于没有调用模板函数,因此编译器不会对模板做任何处理。实际上编译器根本不知道要怎么处理,因为模板里面的类型是不确定的。只有在调用的时候才会确定下来,这个时候编译器才知道这个函数长什么样,才会执行编译操作。

编译main.cpp的时候,由于模板compare已经声明但未实现,因此这里也不会生成具体代码,只会生成一个call指令。很显然这个call指令中的函数地址现在肯定是错误的,头文件tpl.h并没有去实现这个函数,需要依赖链接器将这个地址修改成正确的地址。

问题就出在编译tpl.cpp的时候模板没有实例化,编译器并没有编译这个函数,因此找在符号表中找不到这个函数的地址,链接器不知道要怎么处理,因此会出现链接错误。

如何改正

比较好的方式是在头文件中定义模板而不仅仅只是声明。

比如上面的tpl.h代码改成这样

#pragma once

template <typename T>
int compare(const T& a, const T& b) {
    if (a == b) {
        return 0;
    }
    return (a > b) ? 1 : -1;
}

就不会有链接问题了。

C++右值引用和移动

Attention:this blog is a translation of https://www.internalpointers.com/post/c-rvalue-references-and-move-semantics-beginners ,which is posted by @internalpoiners.

一、前言

在我的前一篇文章里,我解释了右值背后的逻辑。核心的思想就是:在C++中你总会有一些临时的、生命周期较短的值,这些值无论如何你都无法改变。
令人惊喜的是,现代C++(通常指C++0x或者更高的版本)引入了右值引用(rvalue reference)的概念:它是一个新的可以被绑定到临时对象的类型,允许你改变他们。为什么呢?

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理解C++中的左值和右值

Attention:this blog is a translation of https://www.internalpointers.com/post/understanding-meaning-lvalues-and-rvalues-c ,which is posted by @internalpoiners.

一、前言

一直以来,我都对C++中左值(lvalue)和右值(lvalue)的概念模糊不清。我认为是时候好好理解他们了,因为这些概念随着C++语言的进化变得越来越重要。

二、左值和右值——一个友好的定义

首先,让我们避开那些正式的定义。在C++中,一个左值是指向一个指定内存的东西。另一方面,右值就是不指向任何地方的东西。通常来说,右值是暂时和短命的,而左值则活的很久,因为他们以变量的形式(variable)存在。我们可以将左值看作为容器(container)而将右值看做容器中的事物。如果容器消失了,容器中的事物也就自然就无法存在了。
让我们现在来看一些例子:

int x = 666; //ok

在这里,666是一个右值。一个数字(从技术角度来说他是一个字面常量(literal constant))没有指定的内存地址,当然在程序运行时一些临时的寄存器除外。在该例中,666被赋值(assign)给xx是一个变量。一个变量有着具体(specific)的内存位置,所以他是一个左值。C++中声明一个赋值(assignment)需要一个左值作为它的左操作数(left operand):这完全合法。
对于左值x,你可以做像这样的操作:

int* y = &x;  //ok

在这里我通过取地址操作符&获取了x的内存地址并且把它放进了y&操作符需要一个左值并且产生了一个右值,这也是另一个完全合法的操作:在赋值操作符的左边我们有一个左值(一个变量),在右边我们使用取地址操作符产生的右值。
然而,我们不能这样写:

int y;
666 = y; //error!

可能上面的结论是显而易见的,但是从技术上来说是因为666是一个字面常量也就是一个右值,它没有一个具体的内存位置(memory location),所以我们会把y分配到一个不存在的地方。
下面是GCC给出的变异错误提示:

error: lvalue required as left operand of assignment

赋值的左操作数需要一个左值,这里我们使用了一个右值666
我们也不能这样做:

int* y = &666;//   error~

GCC给出了以下错误提示:

error: lvalue required as unary ‘&’ operand`

&操作符需要一个左值作为操作数,因为只有一个左值才拥有地址。

三、返回左值和右值的函数

我们知道一个赋值的左操作数必须是一个左值,因此下面的这个函数肯定会抛出错误:lvalue required as left operand of assignment

int setValue()
{
    return 6;
}

// ... somewhere in main() ...

setValue() = 3; // error!

错误原因很清楚:setValue()返回了一个右值(一个临时值6),他不能作为一个赋值的左操作数。现在,我们看看如果函数返回一个左值,这样的赋值会发生什么变化。看下面的代码片段(snippet):

int global = 100;

int& setGlobal()
{
    return global;    
}

// ... somewhere in main() ...

setGlobal() = 400; // OK

该程序可以运行,因为在这里setGlobal()返回一个引用(reference),跟之前的setValue()不同。一个引用是指向一个已经存在的内存位置(global变量)的东西,因此它是一个左值,所以它能被赋值。注意这里的&:它不是取地址操作符,他定义了返回的类型(一个引用)。
可以从函数返回左值看上去有些隐晦,它在你做一些进阶的编程例如实现一些操作符的重载(implementing overload operators)时会很有作用,这些知识会在未来的章节中讲述。

四、左值到右值的转换

一个左值可以被转换(convert)为右值,这完全合法且经常发生。让我们先用+操作符作为一个例子,根据C++的规范(specification),它使用两个右值作为参数并返回一个右值(译者按:可以将操作符理解为一个函数)。
让我们看下面的代码片段:

int x = 1;
int y = 3;
int z = x + y;   // ok

等一下,xy是左值,但是加法操作符需要右值作为参数:发生了什么?答案很简单:xy经历了一个隐式(implicit)的左值到右值(lvalue-to-rvalue)的转换。许多其他的操作符也有同样的转换——减法、加法、除法等等。

五、左值引用

相反呢?一个右值可以被转化为左值吗?不可以,它不是技术所限,而是C++编程语言就是那样设计的。
在C++中,当你做这样的事:

int y = 10;
int& yref = y;
yref++;        // y is now 11

这里将yref声明为类型int&:一个对y的引用,它被称作左值引用(lvalue reference)。现在你可以开心地通过该引用改变y的值了。
我们知道,一个引用必须只想一个具体的内存位置中的一个已经存在的对象,即一个左值。这里y确实存在,所以代码运行完美。
现在,如果我缩短整个过程,尝试将10直接赋值给我的引用,并且没有任何对象持有该引用,将会发生什么?

int& yref = 10;  // will it work?

在右边我们有一个临时值,一个需要被存储在一个左值中的右值。在左边我们有一个引用(一个左值),他应该指向一个已经存在的对象。但是10 是一个数字常量(numeric constant),也就是一个左值,将它赋给引用与引用所表述的精神冲突。
如果你仔细想想,那就是被禁止的从右值到左值的转换。一个volitile的数字常量(右值)如果想要被引用,需要先变成一个左值。如果那被允许,你就可以通过它的引用来改变数字常量的值。相当没有意义,不是吗?更重要的是,一旦这些值不再存在这些引用该指向哪里呢?
下面的代码片段同样会发生错误,原因跟刚才的一样:

void fnc(int& x)
{
}

int main()
{
    fnc(10);  // Nope!
    // This works instead:
    // int x = 10;
    // fnc(x);
}

我将一个临时值10传入了一个需要引用作为参数的函数中,产生了将右值转换为左值的错误。这里有一个解决方法(workaround),创造一个临时的变量来存储右值,然后将变量传入函数中(就像注释中写的那样)。将一个数字传入一个函数确实不太方便。

六、常量左值引用

先看看GCC对于之前两个代码片段给出的错误提示:

error: invalid initialization of non-const reference of type ‘int&’ from an rvalue of type ‘int’

GCC认为引用不是const的,即一个常量。根据C++规范,你可以将一个const的左值绑定到一个右值上,所以下面的代码可以成功运行:

const int& ref = 10;  // OK!

当然,下面的也是:

void fnc(const int& x)
{
}

int main()
{
    fnc(10);  // OK!
}

背后的道理是相当直接的,字面常量10volatile的并且会很快失效(expire),所以给他一个引用是没什么意义的。如果我们让引用本身变成常量引用,那样的话该引用指向的值就不能被改变了。现在右值被修改的问题被很好地解决了。同样,这不是一个技术限制,而是C ++人员为避免愚蠢麻烦所作的选择。
应用:C++中经常通过常量引用来将值传入函数中,这避免了不必要的临时对象的创建和拷贝。
编译器会为你创建一个隐藏的变量(即一个左值)来存储初始的字面常量,然后将隐藏的变量绑定到你的引用上去。那跟我之前的一组代码片段中手动完成的是一码事,例如:

// the following...
const int& ref = 10;

// ... would translate to:
int __internal_unique_name = 10;
const int& ref = __internal_unique_name;

现在你的引用指向了真实存在的事物(知道它走出作用域外)并且你可以正常使用它,出克改变他指向的值。

const int& ref = 10;
std::cout << ref << "\n";   // OK!
std::cout << ++ref << "\n"; // error: increment of read-only reference ‘ref’

七、结论

理解左值和右值的含义让我弄清楚了几个C++内在的工作方式。C++11进一步推动了右值的限定,引入了右值引用(rvalue reference)和移动(move semantics)的概念。

来源 https://www.jianshu.com/p/94b0221f64a5

从PHP到Go的程序员需要注意的一些事项

PHP转Go的程序员很多,使用Go重写Web应用,代价不高,并且所带来性能的提升很明显,因此很多PHP程序员正在转Go。

PHP是一个弱类型,解释型的语言,Go是一个强类型,编译型语言,两者的差别很大。如果长期使用PHP,使用Go的时候,一些惯性思维会带来不太好的效果。这里总结一些从PHP转到Go需要注意的点。

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C++入门:一、变量和数据类型

这是我的C++学习笔记第一篇,同所有的程序语言学习路径一样,首先学习的是变量和数据类型。

我的学习路径如下:

1. 变量和数据类型
2. 流程控制
3. 函数声明和调用
4. 面向对象
5. 标准库

这一章,学习的是变量和数据类型,需要了解的有:

1. 变量怎么定义?
2. 常见的都有哪些数据类型,占用的内存是多少?
3. 变量的作用域都有哪些?
4. 变量的生命周期是什么?

了解这些,对于变量基本就够了。

Hello world

在开始之前,先写一个hello world来熟悉一下程序的主要结构以及如何打印一个变量。

#include <iostream>

int main () {
    std::cout << "hello world" << std::endl;
    return 0;
}

iostream提供标准输入输出的头文件,程序以main函数问入口,std为标准库的命名空间,“<<” 为输出操作符,std::cout为标准输出,std::endl为结束符,表示将等待输出的内容从内存传送到标准输出。

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Docker保存当前容器镜像

当我们在容器里面安装了一些软件或者修改一些设置之后,我们希望能把修改同步到相关的镜像,下次用这个镜像生成容器的时候,可以略过搭建环境这一步了。

比如我现在有一个容器叫centos

$ docker ps
b58e39dca53d        centos              "/bin/bash"         3 minutes ago       Up 3 minutes        0.0.0.0:4000-4100->4000-4100/tcp   centos-huchao

进入容器

docker exec -it /bin/bash centos-huchao

安装一些软件之后,通过docker commit 容器名称 镜像名称 命令将我们的修改保存的新的镜像。

docker commit centos-huchao centos:web

上面的镜像名称我加了一个标签。

Go中使用json.Unmarshal interface{}之后的数据类型

有时候设计不好的情况下,一个json类型很难用固定的数据结构去表示,因此我们会用interface{}去表示它。

在使用inteface的时候,需要了解json的数据类型对应的go的默认类型,使用才会不会出现疑惑,它们的类型关系对应如下

JSONGo
booleanbool
数值float64
字符串string
array[]interface{}
objectmap[string]interface{}
nullnil

了解他们默认的类型转换,使用时候就不会出问题了。

mysql varchar类型探秘

mysql中varchar能够存储可变长度的字符串。过去我做的诸多业务中,一般存储短字符串的需求,都会使用varchar类型,并且定义长度为255,也就是varchar(255)。

不过为了探究varchar这种类型到底是怎么存储的,它的最大长度能达到多少,我决定区翻一下mysql文档学习一下。

varchar怎么存储

经过一番了解,varchar最大能存储的长度为65535字节。存储字符串的时候,会将字符串的长度存在首部,接着才是内容。

当varchar存储的字符个数小于或等于255的时候,首部需要一个字节来记录字符的个数。当内容大于255的字符的时候,首部需要2个自己来保存长度。

varchar能存的最大字符长度

理论上,varchar能够存储65535个字节,但是由于首部会占用两个字节,因此这会让varchar可用的存储空间变成了65533字节。如果定义的列是非空话,那最大是65533,如果定义的列允许NULL,那么null会占用一个额外的字节,因此最大只能存储65532个字节。

字节并不等于字符长度,varchar括号里面跟着的是字符长度,如果字符集是utf8的话,每一个字符统一会占用3个字节的长度,不管是汉子还是英文字符,因此最大能够存储的长度是65533/3 = 21844。如果字符集是utf8mb4那最大存储长度就更小了,为65533/4=16383。

(更多…)

ubuntu apt 更换为国内源

安装软件的时候,默认的源速读太慢,更换为国内的源吧!更换之前首先备份一下。

sudo cp /etc/apt/sources.list /etc/apt/sources.list.bak

将国内的源粘贴到 /etc/apt/sources.list

vim /etc/apt/sources.list

下面是阿里的源,粘贴即可。

deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty-security main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty-updates main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty-proposed main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty-backports main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty-security main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty-updates main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty-proposed main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty-backports main restricted universe multiverse

另外可选择的还有几个比较好的源。

清华的源

deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ bionic main restricted universe multiverse
deb-src https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ bionic main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ bionic-updates main restricted universe multiverse
deb-src https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ bionic-updates main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ bionic-backports main restricted universe multiverse
deb-src https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ bionic-backports main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ bionic-security main restricted universe multiverse
deb-src https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ bionic-security main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ bionic-proposed main restricted universe multiverse
deb-src https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ bionic-proposed main restricted universe multiverse

替换完毕执行apt-get update更新即可。