C++入门

C++关键字

C++本身就是c的补充，所以在关键字上肯定是要多于C语言的
C++总计63个关键字，C语言32个关键字
这里我们对关键字不做过多的讲解
看图了解即可：

命名空间

在C/C++中，变量、函数和后面要学到的类都是大量存在的，这些变量、函数和类的名称将都存在于全局作用域中，可能会导致很多冲突。使用命名空间的目的是对标识符的名称进行本地化，以避免命名冲突或名字污染，namespace关键字的出现就是针对这种问题的。
举一个例子：
请看下面的代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int rand = 10;
int main()
{
 printf("%d\n", rand);
return 0;
}

在编译器上跑一下这个代码，就会发生编译错误，这是因为：
C语言没办法解决类似这样的命名冲突问题
而这里我们自己定义的变量“rand”就和函数名有冲突，就会报出“重定义”的编译错误的提示
而这里我们的C++就给出了很好的解决办法：命名空间！

命名空间的定义

我们来看一下命名空间的定义：
定义命名空间，需要使用到namespace关键字，后面跟命名空间的名字，然后接一对{}即可，{}中即为命名空间的成员。
例如：
这里的myspace就是咱们自己定义的命名空间，里面的rand就可以正常使用了

namespace myspace
{
 // 命名空间中可以定义变量/函数/类型
 int rand = 10;
 int Add(int left, int right)
 {
	 return left + right;
 }
 struct Node
 {
 	struct Node* next;
 	int val;
 };
}

这里注意：命名空间可以嵌套使用：
我们在命名空间N1中嵌套了N2

namespace N1
{
	int a;
	int b;
int Add(int left, int right)
 {
     return left + right;
 }
namespace N2
 {
     int c;
     int d;
     int Sub(int left, int right)
     {
         return left - right;
     }
 }
}

同一个工程中允许存在多个相同名称的命名空间,编译器最后会合成同一个命名空间中。
一个工程中的test.h和上面test.cpp中两个N1会被合并成一个
就是说我们上面写的代码如果说将他写到test.cpp中，下面这个代码写到test.h中：
二者会被编译器自动合成一个

namespace N1
{
int Mul(int left, int right)
 {
     return left * right;
 }
}

注意：
一个命名空间就定义了一个新的作用域，命名空间中的所有内容都局限于该命名空间中

命名空间的使用

我们使用了命名空间，那么该如何使用呢？
我们首先写一段代码：
我们在后面的输出语句直接用a，但是编译器直接报错了，显示a是未声明的标识符，就代表了我们的a根本没有调用出来

namespace myspace
{
	 int a = 0;
	 int b = 1;
 int Add(int left, int right)
 {
	 return left + right;
 }
 struct Node
 {
	 struct Node* next;
	 int val;
 };
}
int main()
{
 // 编译报错：error C2065: “a”: 未声明的标识符
 	printf("%d\n", a);
	return 0;
}

正确的使用方式一共有三种：
我们假设a和b都是命名空间N中的变量
加命名空间名称及作用域限定符

int main()
{
    printf("%d\n", N::a);
    return 0;    
}

使用using将命名空间中某个成员引入

using N::b;
int main()
{
    printf("%d\n", N::a);
    printf("%d\n", b);
    return 0;    
}

使用using namespace 命名空间名称 引入
这种方式是最便利也是我们以后可能最常用的一种

using namespce N;
int main()
{
    printf("%d\n", N::a);
    printf("%d\n", b);
    Add(10, 20);
    return 0;    
}

C++输入&输出

我们用一段简单的代码来了解这个部分：

#include<iostream>//头文件
// std是C++标准库的命名空间名，C++将标准库的定义实现都放到这个命名空间中
using namespace std;
int main()
{
cout<<"Hello world!!!"<<endl;
return 0;
}

程序运行结果如下：

关于输入和输出，我在网上copy了一段说明：

1. 使用cout标准输出对象(控制台)和cin标准输入对象(键盘)时，必须包含< iostream >头文件
   以及按命名空间使用方法使用std。
2. cout和cin是全局的流对象，endl是特殊的C++符号，表示换行输出，他们都包含在包含< iostream >头文件中。
3. <<是流插入运算符，>>是流提取运算符。
4. 使用C++输入输出更方便，不需要像printf/scanf输入输出时那样，需要手动控制格式。
   C++的输入输出可以自动识别变量类型。
5. 实际上cout和cin分别是ostream和istream类型的对象，>>和<<也涉及运算符重载等知识，这些知识我们我们后续才会学习，所以我们这里只是简单学习他们的使用。

其实相对于C语言的输入和输出，C++的输入和输出更加地方便，它可以自动地识别类型：
这里输出语句的endl我们暂且将他认定为是和“\n”一样的作用

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
   int a;
   double b;
   char c;
   // 可以自动识别变量的类型
   cin>>a;
   cin>>b>>c;
   cout<<a<<endl;
   cout<<b<<" "<<c<<endl;
   //b和c之间输出有空格
   return 0;
}

std命名空间的使用惯例：
std是C++标准库的命名空间，如何展开std使用更合理呢？

1. 在日常练习中，建议直接using namespace std即可，这样就很方便。
2. using namespace std展开，标准库就全部暴露出来了，如果我们定义跟库重名的类型/对象/函数，就存在冲突问题。该问题在日常练习中很少出现，但是项目开发中代码较多、规模大，就很容易出现。所以建议在项目开发中使用，像std::cout这样使用时指定命名空间 + using std::cout展开常用的库对象/类型等方式。

缺省参数

缺省参数的概念

缺省参数是声明或定义函数时为函数的参数指定一个缺省值。在调用该函数时，如果没有指定实参则采用该形参的缺省值，否则使用指定的实参。
举一个例子：
我们在fun函数中令a指定一个缺省值0

void Func(int a = 0)
{
 cout<<a<<endl;
}
int main()
{
	 Func();     // 没有传参时，使用参数的默认值
 	Func(10);   // 传参时，使用指定的实参
	return 0;
}

通过两次调用输出的结果如下图：

缺省参数的分类

缺省参数一共分为两种：

全缺省参数：

void Func(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
 {
     cout<<"a = "<<a<<endl;
     cout<<"b = "<<b<<endl;
     cout<<"c = "<<c<<endl;
 }

半缺省参数：

void Func(int a, int b = 10, int c = 20)
 {
     cout<<"a = "<<a<<endl;
     cout<<"b = "<<b<<endl;
     cout<<"c = "<<c<<endl;
 }

这里大家要注意几个点：

1. 半缺省参数必须从右往左依次来给出，不能间隔着给
2. 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现（我们一般在声明中）
3. 缺省值必须是常量或者全局变量
4. C语言不支持（编译器不支持）

可能大家对于缺省参数会有一些疑惑，有什么用呢？
其实在我们今后的学习中回经常使用，例如之前学习的链表和顺序表扩容中就可以使用缺省参数来简化代码，我们指定容量的缺省值为4，当我们的项目对于顺序表的需求很大时，我们直接给个100，如果不用就可以不用管它了

函数重载

函数重载：是函数的一种特殊情况，C++允许在同一作用域中声明几个功能类似的同名函数，这些同名函数的形参列表(参数个数 或 类型 或 类型顺序)不同，常用来处理实现功能类似数据类型不同的问题。

函数重载至少需要满足下列三个条件中的一个：

参数类型不同：

int Add(int left, int right)
{
 cout << "int Add(int left, int right)" << endl;
 return left + right;
}
double Add(double left, double right)
{
 cout << "double Add(double left, double right)" << endl;
 return left + right;
}

形参个数不同：

void f()
{
 cout << "f()" << endl;
}
void f(int a)
{
 cout << "f(int a)" << endl;
}

形参类型个数不同：

void f(int a, char b)
{
 cout << "f(int a,char b)" << endl;
}
void f(char b, int a)
{
 cout << "f(char b, int a)" << endl;
}

其实C++支持函数重载是因为对函数名字做了修饰

C/C++函数调用约定和名字修饰规则–有兴趣好奇的同学可以看看，里面有对vs下函数名修饰规则讲解
链接: http://blog.csdn.net/lioncolumn/article/details/10376891

引用

引用的概念

引用不是新定义一个变量，而是给已存在变量取了一个别名，编译器不会为引用变量开辟内存空间，它和它引用的变量共用同一块内存空间。

其实引用就是我们平常给大家取外号，我叫一个人叫黑子，但是他的真名并不是这个，但是这两个名字都是一个人

如何进行引用呢？
类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体

void TestRef()
{
    int a = 10;
    int& ra = a;//定义引用类型
    printf("%p\n", &a);
    printf("%p\n", &ra);
}

引用的特性

1. 引用在定义时必须初始化
2. 一个变量可以有多个引用
3. 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

举个例子：
下面注释的语句就是没有初始化，就会编译出错
并且对一个变量进行多次引用也可以

void TestRef()
{
   int a = 10;
   // int& ra;   // 该条语句编译时会出错
   int& ra = a;
   int& rra = a;
   printf("%p %p %p\n", &a, &ra, &rra);  
}

常引用

我们在引用时，如果被引用的变量是常量（可以简单理解为const修饰的变量），那么在引用是就要加上const，这就是常引用
常引用是类型不同也不行！

void TestConstRef()
{
    const int a = 10;
    //int& ra = a;   // 该语句编译时会出错，a为常量
    const int& ra = a;
    // int& b = 10; // 该语句编译时会出错，b为常量
    const int& b = 10;
    double d = 12.34;
    //int& rd = d; // 该语句编译时会出错，类型不同
    const int& rd = d;
}

引用的使用场景

1. 做参数

void Swap(int& left, int& right)
{
   int temp = left;
   left = right;
   right = temp;
}

2. 做返回值

int& Count()
{
   static int n = 0;
   n++;
   // ...
   return n;
}

在这里就有一个很复杂的问题需要我们去分析：
传值返回和引用返回
下面给出一段代码：
我们思考以下输出的结果

int& Add(int a, int b)
{
    int c = a + b;
    return c;
}
int main()
{
    int& ret = Add(1, 2);
    Add(3, 4);
    cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <<endl;
    return 0;
}

输出结果是个随机值：
也就是说此处对于函数add的引用返回是无效的

我们改一下这段代码：

int& Add(int a, int b)
{
	stati int c =0;
    c = a + b;
    return c;
}
int main()
{
    int& ret = Add(1, 2);
    Add(3, 4);
    cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <<endl;
    return 0;
}

输出结果如下：

那为什么加了个static之后又能用了呢？
注意：如果函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象还在(还没还给系统)，则可以使用引用返回，如果已经还给系统了，则必须使用传值返回。
这里的返回对象就是变量c，而第一段代码中的c是没有用static修饰的，他只是一个临时变量，出来函数的作用域就会销毁，还给操作系统，而static修饰的变量是在静态区，不受影响，所以才能进行引用返回！

我们还要记住一个点：
临时变量是常量！

传值、传引用效率比较

以值作为参数或者返回值类型，在传参和返回期间，函数不会直接传递实参或者将变量本身直接返回，而是传递实参或者返回变量的一份临时的拷贝，因此用值作为参数或者返回值类型，效率是非常低下的，尤其是当参数或者返回值类型非常大时，效率就更低。
传值返回需要拷贝，这个过程是很消耗时间的！

引用和指针的区别

在语法上，引用就是一个别名，没有独立空间，和其引用实体共用同一块空间。
我们通过打印地址就可以知道：

int main()
{
int a = 10;
int& ra = a;
cout<<"&a = "<<&a<<endl;
cout<<"&ra = "<<&ra<<endl;
return 0;
}

引用的地址和被引用的地址是一样的，所以引用没有空间

但其实,在底层实现上实际是有空间的，因为引用是按照指针方式来实现的。

引用和指针的不同点:

1. 引用概念上定义一个变量的别名，指针存储一个变量地址。
2. 引用在定义时必须初始化，指针没有要求
3. 引用在初始化时引用一个实体后，就不能再引用其他实体，而指针可以在任何时候指向任何
   一个同类型实体
4. 没有NULL引用，但有NULL指针
5. 在sizeof中含义不同：引用结果为引用类型的大小，但指针始终是地址空间所占字节个数(32位平台下占4个字节)
6. 引用自加即引用的实体增加1，指针自加即指针向后偏移一个类型的大小
7. 有多级指针，但是没有多级引用
8. 访问实体方式不同，指针需要显式解引用，引用编译器自己处理
9. 引用比指针使用起来相对更安全

内联函数

内联函数的概念

以inline修饰的函数叫做内联函数，编译时C++编译器会在调用内联函数的地方展开，没有函数调用建立栈帧的开销，内联函数提升程序运行的效率。
其实inline就是一个关键字

内联函数的特性

1. inline是一种以空间换时间的做法，如果编译器将函数当成内联函数处理，在编译阶段，会用函数体替换函数调用，缺陷：可能会使目标文件变大，优势：少了调用开销，提高程序运
   行效率。
2. inline对于编译器而言只是一个建议，不同编译器关于inline实现机制可能不同，一般建议：将函数规模较小(即函数不是很长，具体没有准确的说法，取决于编译器内部实现)、不是递归、且频繁调用的函数采用inline修饰，否则编译器会忽略inline特性。
3. inline不建议声明和定义分离，分离会导致链接错误。因为inline被展开，就没有函数地址了，链接就会找不到。

也就是说，在平常的函数使用中，我们回在用汇编语言中的call 指令来返回到函数，这就浪费了时间，而被inline修饰的内联函数就是直接将函数体来代替此处的函数调用指令，但是增大了空间的开销

所以：

也就是说，这就像我给了你一个建议，你也可以不采纳我的建议，就这么简单！
下面这种情况就是将内联函数声明和定义分离，导致的没有函数地址
他将inline放在了函数的头文件声明中，然后定义放在了cpp文件中，于是乎产生了连接错误

#include <iostream>
using namespace std;
inline void f(int i);
// F.cpp
#include "F.h"
void f(int i)
{
 cout << i << endl;
}
// main.cpp
#include "F.h"
int main()
{
 f(10);
 return 0;
}
// 链接错误：main.obj : error LNK2019: 无法解析的外部符号 "void __cdecl 
f(int)" (?f@@YAXH@Z)，该符号在函数 _main 中被引用

另外，这里扩展一个知识点：
在C++中，const和enum就代替了C语言中的宏常量
而inline就代替了宏函数

宏的优缺点如下：
优点：
1.增强代码的复用性。
2.提高性能。
缺点：
1.不方便调试宏。（因为预编译阶段进行了替换）
2.导致代码可读性差，可维护性差，容易误用。
3.没有类型安全的检查 。

auto关键字

类型别名思考

随着程序越来越复杂，程序中用到的类型也越来越复杂，经常体现在：

1. 类型难于拼写
2. 含义不明确导致容易出错
   例如：

#include <string>
#include <map>
int main()
{
 std::map<std::string, std::string> m{ { "apple", "苹果" }, { "orange", 
"橙子" }, 
   {"pear","梨"} };
 std::map<std::string, std::string>::iterator it = m.begin();
 while (it != m.end())
 {
 //....
 }
 return 0;
}

std::map<std::string, std::string>::iterator 是一个类型，但是该类型太长了，特别容易写错，在C语言的代码中我们就想到了typedef的用法：
将类型写出Map

#include <string>
#include <map>
typedef std::map<std::string, std::string> Map;
int main()
{
 Map m{ { "apple", "苹果" },{ "orange", "橙子" }, {"pear","梨"} };
 Map::iterator it = m.begin();
 while (it != m.end())
 {
 //....
 }
 return 0;
}

但是使用typedef我们就要提前知道他的类型，在编程时，常常需要把表达式的值赋值给变量，这就要求在声明变量的时候清楚地知道表达式的
类型。然而有时候要做到这点并非那么容易
所以，因此C++11给auto赋予了新的含义。

auto简介

在早期C/C++中auto的含义是：使用auto修饰的变量，是具有自动存储器的局部变量，但遗憾的是一直没有人去使用它，大家可思考下为什么？
C++11中，标准委员会赋予了auto全新的含义即：auto不再是一个存储类型指示符，而是作为一个新的类型指示符来指示编译器，auto声明的变量必须由编译器在编译时期推导而得。
auto的基本使用如下：
typeid就相当于type，求出变量的类型

int TestAuto()
{
	return 10;
}
int main()
{
int a = 10;
auto b = a;
auto c = 'a';
auto d = TestAuto();
cout << typeid(b).name() << endl;
cout << typeid(c).name() << endl;
cout << typeid(d).name() << endl;
//auto e; 无法通过编译，使用auto定义变量时必须对其进行初始化
return 0;
}

程序运行结果如下：

这里需要注意：
使用auto定义变量时必须对其进行初始化，在编译阶段编译器需要根据初始化表达式来推导auto的实际类型。因此auto并非是一种“类型”的声明，而是一个类型声明时的“占位符”，编译器在编译期会将auto替换为变量实际的类型。

auto使用细则

1. auto与指针和引用结合起来使用
   用auto声明指针类型时，用auto和auto*没有任何区别，但用auto声明引用类型时则必须加&

int main()
{
    int x = 10;
    auto a = &x;
    auto* b = &x;
    auto& c = x;
    cout << typeid(a).name() << endl;
    cout << typeid(b).name() << endl;
    cout << typeid(c).name() << endl;
    *a = 20;
    *b = 30;
     c = 40;
    return 0;
}

2. 在同一行定义多个变量
   当在同一行声明多个变量时，这些变量必须是相同的类型，否则编译器将会报错，因为编译器实际只对第一个类型进行推导，然后用推导出来的类型定义其他变量。

void TestAuto()
{
    auto a = 1, b = 2; 
    auto c = 3, d = 4.0;  // 该行代码会编译失败，因为c和d的初始化表达式类型不同
}

auto不能推导的场景

1. auto不能作为函数的参数

// 此处代码编译失败，auto不能作为形参类型，因为编译器无法对a的实际类型进行推导
void TestAuto(auto a)
{}

2. auto不能直接用来声明数组

void TestAuto()
{
    int a[] = {1,2,3};
    auto b[] = {4，5，6};
}

基于范围的for循环

范围for的语法

在C++98中如果要遍历一个数组，可以按照以下方式进行

void TestFor()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
     array[i] *= 2;
for (int* p = array; p < array + sizeof(array)/ sizeof(array[0]); ++p)
     cout << *p << endl;
}

对于一个有范围的集合而言，由程序员来说明循环的范围是多余的，有时候还会容易犯错误。因此C++11中引入了基于范围的for循环。for循环后的括号由冒号“ ：”分为两部分：第一部分是范围内用于迭代的变量，第二部分则表示被迭代的范围.

其实这种for循环也被叫做语法糖

在下面这段代码中：
程序自动取数组中的数据赋值给e，然后自动判断结束
并且e的改变不会影响数组中的内容，将array打印出来仍然是12345

void TestFor()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for(auto e : array)
     e *= 2;
for(auto e : array)
     cout << e << " ";
return 0;
}

但是在对e进行引用就会对原数组有了改变

void TestFor()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for(auto& e : array)
     e *= 2;
for(auto e : array)
     cout << e << " ";
return 0;
}

注意：与普通循环类似，可以用continue来结束本次循环，也可以用break来跳出整个循环

范围for的使用条件

1. for循环迭代的范围必须是确定的
   对于数组而言，就是数组中第一个元素和最后一个元素的范围；对于类而言，应该提供begin和end的方法，begin和end就是for循环迭代的范围。
   注意：以下代码就有问题，因为for的范围不确定

void TestFor(int array[])
{
    for(auto& e : array)
        cout<< e <<endl;
}

2. 迭代的对象要实现++和==的操作。

指针空值nullptr

NULL实际是一个宏，在传统的C头文件(stddef.h)中
NULL可能被定义为字面常量0，或者被定义为无类型指针(void*)的常量

在C++98中，字面常量0既可以是一个整形数字，也可以是无类型的指针(void*)常量，但是编译器默认情况下将其看成是一个整形常量，如果要将其按照指针方式来使用，必须对其进行强转(void *)0。

注意：

1. 在使用nullptr表示指针空值时，不需要包含头文件，因为nullptr是C++11作为新关键字引入的。
2. 在C++11中，sizeof(nullptr) 与 sizeof((void*)0)所占的字节数相同。
3. 为了提高代码的健壮性，在后续表示指针空值时建议最好使用nullptr。

总之，在之后的C++代码中，我们就用nullptr表示指针空值！

好了，今天的分享到这里就结束了，感谢大家的支持!