Android NDK入門:C++ 基礎知識

爲何寫這篇文章

本文算做是 《Android 音視頻開發打怪升級》系列文章的「番外」篇,本來打算將本文的內容寫在 《Android FFmpeg視頻解碼播放》 這篇文章中,由於要想學習 FFmpeg 相關知識,C++ 的基礎知識是必不可少的。html

可是寫着寫着發現,篇幅仍是太長了,加上有部分小夥伴對 C++ 可能也比較熟悉,因此把此節獨立成篇,更有利於不熟悉 C++ 的小夥伴學習查看,熟悉的小夥伴也能夠直接跳過。java

C++ 相對於 Java 仍是有許多的不一樣之處,對於沒有使用過 C++ 的人來講,若是要學習 NDK 開發,C++ 是第一道坎,必需要掌握。程序員

本文經過對比的方式,把 C++Java 之間最基礎,也是最常使用知識的異同標記出來,方便你們學習。bash

固然了,本文只是重點對 C++ 中最經常使用的,也是重點的知識進行講解,若有時間,最好仍是系統地學一下相關的基礎知識。函數

本文你能夠了解到

本文使用對比的方式,將 C++ 與咱們很是熟悉的 Java 進行對比學習,介紹 C++Java 使用的異同,幫助你們快速入門 C++post

1、 C++ 基本數據類型

C++ 提供了一下幾種基礎數據類型學習

類型 關鍵字
布爾型 bool
字符型 char
整型 int
浮點型 float
雙浮點型 double
無類型 void

同時,這些類型還能夠被類型修飾符修飾,拓展出更多的數據類型:網站

類型修飾符 關鍵字
有符號類型 signed
無符號類型 unsigned
短類型 short
長類型 long

其中 signedunsigned 指定了數據是否有正負; shortlong 主要指定了數據的內存大小。ui

因爲不一樣的系統,同個數據類型所佔用的內存大小也不必定是同樣的,如下是典型值:this

類型 內存大小 範圍
char 1 個字節 -128到127 或 0到255
unsigned char 1 個字節 0 到 255
signed char 1 個字節 -128 到 127
int 4 個字節 -2147483648 到 2147483647
unsigned int 4 個字節 0 到 4294967295
signed int 4 個字節 -2147483648 到 2147483647
short int 2 個字節 -32768 到 32767
unsigned short int 2 個字節 0 到 65,535
signed short int 2 個字節 -32768 到 32767
long int 8 個字節 -xxx 到 xxx
signed long int 8 個字節 -xxx 到 xxx
unsigned long int 8 個字節 -xxx 到 xxx
float 4 個字節 -xxx 到 xxx
double 8 個字節 -xxx 到 xxx
long double 16 個字節 -xxx 到 xxx

能夠看到,

short 修飾符將原類型內存大小減少一半;

long 修飾符將原數據類型內存大小擴大一倍。

2、C++ 類

C++ 是一門面向對象的語言,類是必不可少的。其類的定義與 Java 大同小異。

Java 類一般聲明和定義一般都是在同一個文件 xxx.java 中。

C++ 類的聲明和定義一般是分開在兩個不一樣的文件中,分別是 .h 頭文件.cpp 文件

定義一個類

一個 類的頭文件 一般以下:

// A.h

class A {
private: //私有屬性
    int a; 
    void f1();

protected: //子類可見
    int b;
    void f2(int i);

public: //公開屬性
    int c = 2;
    int f3(int j);
    
    A(int a, int b); // 構造函數
    ~A(); //析構函數

};
複製代碼

對應的類實現文件 A.cpp以下:

// A.cpp

/** * 實現構造函數 */
A::A(int a, int b): 
a(a),
b(b) {
    
}

// 等價於

/* A::A(int a, int b) { this.a = a; this.b = b; } */

/** * 實現析構函數 */
A::~A() {
    
}

/** * 實現 f1 方法 */
void A::f1() {

    
}

/** * 實現 f2 方法 */
void A::f2(int j) {
    this.b = j
}

/** * 實現 f3 方法 */
int A::f3(int j) {
    this.c = j
}
複製代碼

能夠看到,.h 文件主要負責類成員變量和方法的聲明; .cpp 文件主要負責成員變量和方法的定義。

可是,並不是必定要按照這樣的結構去實現類,你也能夠在 .h 頭文件中直接定義變量和方法。

好比:

// A.h

class A {
private:
    int a = 1;
    
public:
    void f1(int i) {
        this.a = i;
    }
}
複製代碼

C++ 類中幾個特別的地方

1) 可見性 private、protected、public

這幾個關鍵字和 Java 是同樣的,只不過在 C++ 中,一般不會對每一個成員變量和方法進行可見性聲明,而是將不一樣的可見性的變量和方法集中在一塊兒,統一聲明,具體見上面定義的類A。

2) 構造函數和析構函數

C++ 中類的構造函數和 Java 基本一致,只不過,在實現構造函數時,對成員變量的初始化方式比較特別。以下:

A::A(int a, int b): 
a(a),
b(b) {
    
}

// 等價於

A::A(int a, int b) {
    this.a = a;
    this.b = b;
}
複製代碼

以上兩種方式均可以,一般使用第一種方式。

析構函數 則是 Java 中沒有的。經過波浪符號 ~ 進行標記。

它和構造函數同樣,都是由系統自動調用,只不過,構造函數 在類建立的時候調用,析構函數 在類被刪除的時候調用,主要用於釋放內部變量和內存。

析構函數的聲明形式爲 ~類名();

實現的形式爲 類名::~類名() { }

具體見上面類 A 的寫法。

3) :: 雙冒號

看了上面類的定義,確定會對 :: 這個符號感到很神奇。這是 C++ 中的 域做用符,用於標示變量和方法是屬於哪一個域的,好比上面的

void A::a() { }
複製代碼

說明 方法a 是屬於 類A 的。

也能夠用於調用類的靜態成員變量,如

//A.h

class A {
private:
    static int a = 1;
    int b;
    void a();
}

//A.cpp
void A::a() {
    b = A::a;
}
複製代碼

類的繼承

C++ 類的繼承和 Java 也是大同小異,其格式以下:

class B: access-specifier A,其中 access-specifier 是訪問修飾符, 是 publicprotectedprivate 其中的一個。

訪問修飾符的做用以下:

公有繼承(public):當一個類派生自公有基類時,基類的公有成員也是派生類的公有成員,基類的保護成員也是派生類的保護成員,基類的私有成員不能直接被派生類訪問,可是能夠經過調用基類的公有和保護成員來訪問。

保護繼承(protected): 當一個類派生自保護基類時,基類的公有和保護成員將成爲派生類的保護成員。

私有繼承(private):當一個類派生自私有基類時,基類的公有和保護成員將成爲派生類的私有成員。

一般狀況下,咱們都是使用 公有繼承(public),也就是和 Java 是同樣的。

類能夠多繼承

Java 中,子類只能繼承一個父類,可是 C++ 能夠繼承自多個父類,使用逗號 , 隔開:

class <派生類名>:<繼承方式1><基類名1>,<繼承方式2><基類名2>,…
{
<派生類類體>
};
複製代碼

3、 C++ 指針

Java 中的 「指針」

Java 中,是沒有指針的概念的,可是其實 Java 中除了基本數據類,大部分狀況下使用都是 指針

好比下面這段 Java 代碼:

People p1 = new People("David","0001");
People p2 = p1;
p2.setName("Denny");
System.out.println(p1.getName());

// 輸出結果爲:Denny
複製代碼

緣由就是 p1 和 p2 都是對對象的引用,在完成賦值語句 People p2 = p1; 後, p2 和 p1 指向同一個存儲空間,因此對於p2的修改也影響到了p1。

那麼,爲何在 Java 中不多去關注指針呢?

由於 Java 已經將指針封裝了,也不容許顯式地去操做指針,而且 Java 中的內存都由虛擬機進行管理,無需咱們去釋放申請的內存。

C++ 中的指針

1) 指針的聲明和定義

Java 不一樣的是,C++ 中的指針概念很是重要,而且無處不在。

指針:是一個變量,這個變量的值是另外一個變量的內存地址。也就是說,指針是一個指向內存地址的變量。

指針的聲明和定義方法以下:

int a = 1; // 實際變量的聲明

int *p; // 指針變量的聲明

p = &a; // 指針指向 a 的內存地址

printf("p 指向的地址: %d, p指向的地址存儲的內容: %d\n", p, *p);

// 輸出以下:
// p 指向的地址: -1730170860, p指向的地址存儲的內容: 1
複製代碼

這個例子中有兩個很重要的符號: *&。其中:

* :有兩個做用:

i. 用於定義一個指針: type *var_name;var_name 是一個指針變量,如 int *p;

ii. 用於對一個指針取內容: *var_name, 如 *p 的值是 1

& :是一個取址符號

其用於獲取一個變量所在的內存地址。如 &a; 的值是 a 所在內存的位置,即 a 的地址。

經過上面的例子,可能沒法很好的理解指針的用處,來看另外一個例子。

class A {
public:
    int i;
};

int main() {
    
    //-----1-------
    A a = A(); // 定變量 a
    a.i = 1;   // 修改 a 中的變量
    
    A b = a;   // 定義變量 b ,賦值爲 a
    
    A *c = &a; // 定義指針 c,指向 a
    
    printf("%d, %d, %d\n", a.i, b.i, c->i);
    // 輸出:1, 1, 1
    
    //-----2-------
    b.i = 2; //修改 b 中的變量
    
    printf("%d, %d, %d\n", a.i, b.i, c->i);
    // 輸出:1, 2, 1
    
    //-----3-------
    c->i = 3; //修改 c 中的變量
    
    printf("%d, %d, %d\n", a.i, b.i, c->i);
    // 輸出:3, 2, 3
    
    //-----4-------
    // 打印地址
    printf("%d, %d, %d\n", &a, &b, c);
    // 輸出:-1861360224, -1861360208, -1861360224
    
    return 0;
}
複製代碼

上面的例子,定義了一個變量 a ,而後將 a 分別賦值給普通變量 b 和指針變量 c

第一次,打印三個變量中的成員變量的 i 的值都爲 1

第二次,修改了 b 中的 i,結果只修改了 b 的值,對 ac 都沒有影響;

第三次,修改了 c 中的 i,結果修改了 ac 的值,對 b 都沒有影響;

最後,打印了三個變量的地址,能夠發現 ac 的值是同樣的,b 的地址不同。

從這個例子就能夠看出端倪了:

經過 普通變量 賦值的時候,系統建立了一個新的獨立的內存塊,如 b,對 b 的修改,隻影響其自己;

經過 指針變量 賦值時,系統沒有建立新的內存塊,而是將指針指向了已存在的內存塊,如 c , 任何對 c 的修改,都將影響原來的變量,如 a

還有一點須要注意的是,指針變量 對成員變量的引用,使用的是箭頭符號 ->,如 c->i ;普通變量對成員變量的引用,使用的是點符號 . ,如 b.i

2) new 和 delete

在上面的例子中,是經過建立了一個變量 a ,而後將 指針變量 c 指向了 a 的方式定義了 c。還有另一種方法,能夠聲明和定義一個指針變量,那就是經過 new 動態建立

class A {
public:
    int i;
}

int main() {
    A *a = new A();
    a->i = 0;
    
    printf("%d\n", a->i);
    // 輸出: 0
    
    // 刪除指針變量,回收內存
    delete a;
    
    return 0;
}
複製代碼

這就是動態建立指針變量的方式,這是 C++ 經常使用的方式。

重要提醒:

要注意的是,經過 new 的方式建立的指針變量和不經過 new 建立的變量最大的區別在於:經過 new 建立的指針須要咱們本身手動回收內存,不然將會致使內存泄漏。回收內存則是經過 delete 關鍵字進行的。

也就是說,newdelete 必需要成對調用

int main() {
    A a = A(); // 無new,main 函數結束後,系統會自動回收內存
    
    A *b = new A(); // new 方式建立,系統不會自動回收內存,要手動 delete
    
    delete b; // 手動刪除,回收內存
    
    return 0;
}
複製代碼

能夠看到,C++ 的指針變量其實更接近與 Java 中普通變量的使用方式。

4、C++ 引用

引用 是除了指針外,另外一個很是重要的概念。在 C++ 也是常用的。

引用指的是:爲一個變量起一個別名,也就是說,它是某個已存在變量的另外一個名字。

引用和指針很是的類似,初學者很是容易把這二者混淆了。

引用的聲明和定義

首先來看下如何聲明一個引用變量。

// 聲明一個普通變量 i
int i = 0;

// 聲明定義一個引用 j
int &j = i;

j = 1;

printf("%d, %d\n", i, j)

// 輸出:1, 1
複製代碼

是否是有點熟悉,又是與符號 & ,可是這裏並不是表示取址,這裏只是做爲一個標示符號

請記住,千萬不要和取址符號混淆,取址表示方式是:A *p = &a;

在上面的例子中,修改了 j 的值,i 的值也發生了變化。這和指針是否是很是像?

那麼,引用和指針有什麼不同呢?

i. 不存在空引用。引用必須鏈接到一塊合法的內存。

ii. 一旦引用被初始化爲一個對象,就不能被指向到另外一個對象。指針能夠在任什麼時候候指向到另外一個對象。

iii. 引用必須在建立時被初始化。指針能夠在任什麼時候間被初始化。

i 和 iii 都很好理解,就是聲明引用的時候,必需要初始化好,而且不能初始化爲空 NULL

ii 是最讓人不理解的,什麼叫作 「不能被指向到另外一個對象」 ?

引用和指針的區別

看如下的例子:

int i = 0;

// 定義引用 j ,指向 i
int &j = i;

int k = 1// 這個操做是指向另一個對象嗎?
j = k;

printf("%d, %d, %d\n", i, j, k);
// 輸出:1, 1, 1

// 打印地址
printf("%d, %d, %d\n", &i, &j, &k);
// 輸出:-977299952, -977299952, -977299948
複製代碼

能夠看到,i j k 三個的值都變成了 1,這看起來和指針是同樣的效果,但卻有質的區別。

看最後一個打印輸出,ij 的地址始終是同樣的,和 k 是不同的。也就是說, j 始終指向 i ,不可改變。 j = k 只是把 k 的值給到了 j,同時也改變了 i

若是還不懂,再來看一下指針的例子,你就明白了。

int i = 0;

// 定義指針 j ,指向 i
int *j = &i;

int k = 1;

// 指向另外一個對象
j = &k;

printf("%d, %d, %d\n", i, *j, k);
// 輸出:0, 1, 1

// 打印地址
printf("%d, %d, %d\n", &i, j, &k);
// 輸出:-1790365184, -1790365180, -1790365180
複製代碼

看到了嗎? j 在賦值了 &k 之後,地址就變成和 k 同樣了,也就是說,指針 j 能夠指向不一樣的對象。這時候, ji 就沒有任何關係了,i 的值也不會隨着 j 改變而改變。

如何使用引用

引用最常出現的地方是做爲函數的參數使用。

void change(int &i, int &j) {
    int temp = i;
    i = j;
    j = temp;
}

int main() {
    int i = 0;
    int j = 1;
    
    // 打印地址
    printf("[before: %d, %d]\n", &i, &j);
    //輸出:[before: -224237816, -224237812]
    
    change(i, j);
    
    printf("[i: %d, j: %d]\n", i, j);
    // 輸出:i: 1, j: 0
    
    // 打印地址
    printf("[after: %d, %d]\n", &i, &j);
    // 輸出:after: -224237816, -224237812
    
    return 0;
}
複製代碼

在上面的例子中,change 方法的兩個參數都是引用,和普通的參數有如下兩個區別:

i. 引用參數不會建立新的內存塊,參數只是對外部傳進來的變量的一個引用。

ii. 引用參數能夠改變外部變量的值。

這是普通變量的狀況:

void change(int i, int j) {
    int temp = i;
    i = j;
    j = temp;
    
    // 打印地址
    pritf("[change: %d, %d]\n", &i, &j);
    // 輸出[change: -1136723044, -1136723048]
}

int main() {
    int i = 0;
    int j = 1;
    
    // 打印地址
    printf("[before: %d, %d]\n", &i, &j);
    //輸出:[before: -224237816, -224237812]
    
    change(i, j);
    
    printf("[i: %d, j: %d]\n", i, j);
    // 輸出:i: 0, j: 1
    
    // 打印地址
    printf("[after: %d, %d]\n", &i, &j);
    // 輸出:after: -224237816, -224237812
    
    return 0;
}
複製代碼

能夠看到,i j 的值不會被改不變,緣由是 change 方法建立了兩個臨時的局部變量,都有本身的內存塊,這個變量的地址和外部傳進來的變量是沒有關係的,因此沒法改變外部變量的值。

到這裏,就能夠看到參數引用的好處了:引用參數爲咱們節省了內存,執行效率也更快。

一樣的,指針參數也有相似的效果,可是其仍然和引用有着本質的區別。引用爲咱們提供另外一個種很好的傳參選擇。

有時候,咱們並不想讓函數內部改變外部變量的值,能夠給參數加上常量的標誌。

void change(const int &i, const int &j) {
    int temp = i;
    i = j;     // 不容許修改i,編譯出錯
    j = temp;  // 不容許修改j,編譯出錯
}
複製代碼

5、C++ 多態和虛函數

多態 是面向對象的三大特色之一。

C++ 的多態和 Java 很是類似,可是也有着明顯的不一樣。

靜態綁定

看下面一個例子:

class A {
public:
    void f() {
        printf("a\n");
    };
};

class B : public A {
public: 
    void f() {
        printf("b\n");
    };
};

int main() {
    A *a = new B();
    a->f();
    // 輸出:a
    
    return 0;
}
複製代碼

這裏 B 繼承了 A,並重寫了方法 f

main 函數中,定義了一個基類變量指針 a ,並指向子類 B 。接着調用了 a 的方法 f

若是是 Java 中相似的操做的話,那麼毫無疑問,此處會輸出 b,但是這裏卻輸出了 a 。也就是說,這裏方法 f 其實是基類 Af 方法。

這就是 C++Java 其中一個很大的不一樣。

緣由是,調用函數 f() 被編譯器設置爲基類中的版本,這就是所謂的靜態多態,或靜態連接

函數調用在程序執行前就準備好了。有時候這也被稱爲早綁定,由於 f() 函數在程序編譯期間就已經設置好了。

那麼若是想實現相似 Java 中的多態重載呢?

虛函數

virtualC++ 中的一個關鍵字,用於聲明函數,表示虛函數。用於告訴編譯器不要靜態連接到該函數,改成動態連接

依然是上面的例子,在 Af 函數上加上 virtual,將獲得相似 Java 的效果:

class A {
public:
    virtual void f() {
        printf("a\n");
    };
};

class B : public A {
public: 
    void f() {
        printf("b\n");
    };
};

int main() {
    A *a = new B();
    a->f();
    // 輸出:b
    
    return 0;
}
複製代碼

純虛函數

Java 中,咱們常常會使用 interfaceabstract 來定義一些接口,方便代碼規範和拓展,可是在 C++ 沒有這樣的方法,可是能夠有相似的實現,那就是:純虛函數

class A {
public:
    // 聲明一個純虛函數
    virtual void f() = 0;
}

class B : public A {
public: 
    // 子類必須實現 f ,不然編譯不經過
    void f() {
        printf("b\n");
    };
};

int main() {
    A *a = new B();
    a->f();
    // 輸出:b
    
    return 0;
}
複製代碼

A 中的 virtual void f() = 0; 就是一個純虛函數。若是繼承 A,子類必須實現 f 這個接口,不然編譯不經過。

A 則是一個抽象類。不能被直接定義使用。

6、C++ 預處理

C++ 中有一個方法,可讓咱們在程序編譯前,對代碼作一些處理,稱爲預處理。這是 Java 中沒有的,在 C++ 中卻常用到。

預處理是一些指令,可是這些指令並非 C++ 語句,因此不須要以分號 ; 結束。

全部的預處理語句都是以井號 # 開始的。

好比 #include 就是一個預處理,用於將其餘文件導入到一個另外一個文件中,相似 Javaimport

例如導入頭文件:

// A.h
class A{
public:
    A();
    ~A();
}
複製代碼
#include "A.h"

A::A() {
    
}

A::~A() {
    
}
複製代碼

C++ 中經常使用的預處理有如下幾個 #include#define#if#else#ifdef#endif 等。

宏定義

最經常使用的一個預處理語句 #define ,一般稱爲宏定義

其形式爲:

#define name replacement-text 
複製代碼
#define PI 3.14159

printf("PI = %f", PI);

// 在編譯以前,上面的語句被展開爲:
// printf("PI = %f", 3.14159);

複製代碼
  • 帶參數宏定義
#define SUM(a,b) (a + b)

printf("a + b = %d", SUM(1, 2));

// 在編譯以前,上面的語句被展開爲:
// printf("a + b = %d", 1 + 2);
// 輸出:a + b = 3
複製代碼
  • ### 運算符

在宏定義中,# 用於將參數 字符串化

#define MKSTR( x ) #x

printf(MKSTR(Hello C++));

// 在編譯以前,上面的語句被展開爲:
// printf("Hello C++");
// 輸出: Hello C++
複製代碼

在宏定義中,## 用於將參數 鏈接起來

#define CONCAT(a, b) a ## b

int xy = 100;

printf("xy = %d", CONCAT(x, y));

// 在編譯以前,上面的語句被展開爲:
// printf("xy = %d", xy);
// 輸出:xy = 100
複製代碼

注意:### 在多個宏定義嵌套使用的時候,會致使不展開的問題

例如:

#define CONCAT(x, y) x ## y

#define A a

#define B b

void mian() {

    char *ab = "ab";
    char *AB = "AB";
    
    printf("AB = %s", CONCAT(A, B));
    
    // 在編譯以前,上面的語句被展開爲:
    // printf("AB = %s", AB);
}
複製代碼

雖然定義了 A B 兩個宏定義,可是在 CONCAT 中遇到 ## 的時候,A B 這兩個宏定義是不會開展的,而是直接看成兩個參數被鏈接起來了。

那麼要如何解決這個問題呢?那就是再轉接一層。

#define _CONCAT(x, y) x ## y
#define CONCAT(x, y) _CONCAT(x, y)

#define A a

#define B b

void mian() {

    char *ab = "ab";
    char *AB = "AB";
    
    printf("AB = %s", CONCAT(A, B));
    
    // 在編譯以前,上面的語句被展開爲:
    // printf("AB = %s", _CONCAT(a, b));
    // printf("AB = %s", ab);
    // 輸出:AB = ab
}
複製代碼

條件編譯

#if#else#ifdef#endif 這幾個的組合主要用條件編譯。

C++ 中條件編譯也是常用到的,能夠用來控制哪些代碼參與編譯,哪些不參與編譯。

#define DEBUG

int main() {

#ifdef DEBUG
    // 參與編譯
    printf("I am DEBUG\n");
#else
    // 不參與編譯
    printf("No DEBUG\n");
#endif

    return 0;
}

// 輸出:I am DEBUG
複製代碼

以上代碼,因爲先前已經定義了 #define DEBUG 因此 #ifdef DEBUGtrue ,編譯 printf("I am DEBUG\n");

若是去掉 #define DEBUG ,則編譯 printf("No DEBUG\n");

int main() {

#if 0
    // 這裏面的代碼都被註釋掉,不參與編譯
    printf("I am not compiled\n");
#endif

    return 0;
}
複製代碼

7、總結

以上,基本就是在 C++ 常用到的,與 Java 類似,又存在差別的一些基礎知識,因爲面嚮對象語言都存在必定的類似性,相信有了以上的基礎以後,你就能夠比較通暢地閱讀一些 C++ 代碼了。

若是你是一個 Java 程序員,可能對其中的一些知識仍是會感到迷惑,這時候須要你拋棄 Java 中的一些慣有思惟,從新細細品嚐一下 C++ 的味道,能夠實際的去敲一下代碼來消化這些知識,只有實踐才能出真知。

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