C++入门(详细解读,建议收藏)

🚩C++是什么?🚩?🌟?🥦💬

????????C语言是结构化和模块化的语言，适合处理较小规模的程序。对于复杂的问题，规模较大的程序，需要高度的抽象和建模时，C语言则不合适。为了解决软件危机， 20世纪80年代， 计算机界提出了OOP(object oriented programming：面向对象)思想，支持面向对象的程序设计语言应运而生。
?????????1982年，Bjarne Stroustrup博士在C语言的基础上引入并扩充了面向对象的概念，发明了一种新的程序语言。为了表达该语言与C语言的渊源关系，命名为C++。因此：C++是基于C语言而产的,它既可以进行C语言的过程化程序设计，又可以进行以抽象数据类型为特点的基于对象的程序设计,还可以进行面向对象的程序设计。

?C++的发展史

阶段	内容
C with classes	类及派生类、公有和私有成员、类的构造和析构、友元、内联函数、赋值运算符、重载等
C++1.0	添加虚函数概念，函数和运算符重载，引用、常量等
C++2.0	更加完善支持面向对象，新增保护成员、多重继承、对象的初始化、抽象类、静态成员以及const 成员函数
C++3.0	进一步完善，引入模板，解决多重继承产生的二义性问题和相应构造和析构的处理
C++98	C++ 标准第一个版本 ，绝大多数编译器都支持，得到了国际标准化组织 (ISO) 和美国标准化协会认可，以模板方式重写 C++ 标准库，引入了 STL( 标准模板库 )
C++03	C++ 标准第二个版本，语言特性无大改变，主要：修订错误、减少多异性
C++05	C++ 标准委员会发布了一份计数报告 (Technical Report ， TR1) ，正式更名C++0x，即：计划在本世纪第一个 10 年的某个时间发布
C++11	增加了许多特性，使得 C++ 更像一种新语言，比如：正则表达式、基于范围 for 循环、auto 关键字、新容器、列表初始化、标准线程库等
C++14	对 C++11 的扩展，主要是修复 C++11 中漏洞以及改进，比如：泛型的 lambda 表达式，auto 的返回值类型推导，二进制字面常量等
C++17	在 C++11 上做了一些小幅改进，增加了 19 个新特性，比如： static_assert() 的文本信息可选，Fold 表达式用于可变的模板， if 和 switch 语句中的初始化器等
C++20	自 C++11 以来最大的发行版 ，引入了许多新的特性，比如： 模块 (Modules) 、协 程 (Coroutines) 、范围 (Ranges) 、概 (Constraints) 等重大特性，还有对已有特性的更新：比如Lambda 支持模板、范围 for 支持初始化等
C++23	制定 ing

?C++关键字

C++总计63个关键字，C语言32个关键字,大家只要大概了解一下就好,后续学习过程会对这些关键字深入学习

🌟命名空间?

💬为什么会有命名空间

? ? ? ? 在编写程序时,我们定义了一个名为abc()的函数,在另一个可用库中也存在一个abc()函数,这时编译器就无法判断我们调用的是哪一个函数,因此引入了命名空间这个概念,专门用于解决上面的问题,他可以做为附加信息来区分不同库中相同名称的函数、类、变量等.

? ? ? ? 比如一个目录可以存在多个文件夹,每个文件夹中不能有相同的文件名,但不同的文件夹中的文件可以重名

例如: 当全局变量和库里的函数名相同时

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int rand = 1;
int main()
{
	printf("%d ", rand);
	return 0;
}

运行会显示编译报错: error C2365: “rand”: 重定义；以前的定义是“函数”

C语言没办法解决这样的命名冲突,所以提出了namespace来解决这一问题

💬命名空间定义

定义方法:

????????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。

1.正常的命名空间定义

// 命名空间中可以定义变量/函数/类型
namespace zyq
{
 int rand = 10;

 int Add(int left, int right)
 {
     return left + right;
 }

 struct Node
 {
     struct Node* next;
     int val;
 };
}

2.命名空间还可以嵌套定义

namespace zyq1
{
    int a;
    int b;
    int Add(int left, int right)
   {
 ? ?    return left + right;
   }
    namespace zyq2
   {
 ? ? int c;
 ? ? int d;

 ? ? int Sub(int left, int right)
 ? ? {
 ? ? ? ? return left - right;
 ? ? }
   }
}

3.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。

例如,在test.h中定义了一个namespace zyq,在test.c中也定义了一个namespace zyq,即使两个命名空间内的内容不同,只要名字相同,编译器会把两个命名空间合并为一个

使用方法:

在命名空间中定义的成员,就相当于他们被一堵围墙围起来了,没有门是无法使用他们的

可以看出不能直接使用命名空间中的成员,接下来介绍三种可以使用命名空间成员的方法:

1.加命名空间名称及作用域限定符

#include<stdio.h>
namespace zyq
{
	int a = 1;
	int b = 2;
}

int main()
{
    //'::'符号位作用域限定符,通过"命名空间名::成员"就可使用空间中的成员
	printf("%d ",zyq::a);
	printf("%d ",zyq::b);
	return 0;
}

2.使用using将命名空间中某个成员引入

#include<stdio.h>
namespace zyq
{
	int a = 1;
	int b = 2;
}
using zyq::a;
using zyq::b;
int main()
{
	printf("%d ",a);
	printf("%d ",b);
	return 0;
}

3.使用using namespace 命名空间名称 引入

#include<stdio.h>
namespace zyq
{
	int a = 1;
	int b = 2;
}
using namespace zyq;

int main()
{
	printf("%d ",a);
	printf("%d ",b);
	return 0;
}

这种方法有个缺点,会把命名空间中的所有成员暴露出来,当存在多个命名空间时,可能会造成命名污染

🥦C++输入&输出

打印helloworld一定是程序员的第一个程序,那么C++是如何实现的呢?

#include<iostream>
// 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!\n" << endl;
	return 0;
}

注意:

• 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。
• 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。
• <<是流插入运算符，>>是流提取运算符。
• endl是特殊的C++符号，表示换行输出
• cin和scanf输入时类似,遇到空格、换行、tab等都会停止读入

?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。

例如:

#include<iostream>
using namespace std;

void func(int a = 1)
{
	cout << a << endl;
}

int main()
{
    //没有传入参数,a默认为1
	func();
    //a的值为6
	func(6);
	return 0;
}

??缺省参数分类

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;
 }

注意:

1.半缺省参数必须从右往左依次来给出，不能间隔着给

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

这样写,传参时就会发生问题,例如调用:Func(5),那5应该赋值给谁呢?

2.缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现

  //a.h
 ?void Func(int a = 10);
 ?
 ?// a.cpp
 ?void Func(int a = 20)
 {}

如果声明与定义位置同时出现，恰巧两个位置提供的值不同，那编译器就无法确定到底该用那个缺省值。

3.缺省值必须是常量或者全局变量

🚩函数的重载

函数重载的概念

????????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。

ps:若仅返回值不同,则不构成重构

int Add(int a, int b)
{
    cout << "int Add(int a, int b)" << endl;
    return a + b;
}

double Add(double a, double b)
{
    cout << "double Add(double a, double b)" << endl;
    return a + b;
}

int main()
{
    //调用第一个函数
    Add(1,2);
    //调用第二个函数
    Add(1.1,2.2);
    return 0;
}

🥦引用

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。例如,每个人都有大名,也会有小名,两个名字都指的是我们,引用就相当于起别名。

?使用方法: 类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int a = 0;
	//给a起一个小名b
	int& b = a;
	//b++就相当于a++
	b++;
	//打印结果为1
	cout << a << endl;
	return 0;
}

引用的特点

• 引用在定义时必须初始化
• ?一个变量可以有多个引用(每个人可以有多个小名)
• 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体(每个小名只能是一个人)
• 引用类型必须和引用实体是同种类型的

常引用

在使用引用时,不单单要看引用类型和引用实体是否为同种类型的,还要看修改权限的问题

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	//a用const修饰,a就不能修改了
	const int a = 0;
	//b是int类型的,b可以修改,但是b修改也会影响a,这样写会报错
	int& b = a;
	cout << a << endl;
	return 0;
}

a是无法修改的,b是可修改的,而a和b都是同一个元素,所以肯定是不行的,要想引用a,b之前也得加一个const

还有一种情况可以用上述知识解释,看如下代码:

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	//报错
	int a = 0;
	double& b = a;
	//不报错
	int c = 0;
	double d = c;
	return 0;
}

int到double会发生隐式转化,而在转化时,并不是直接将int类型转化为double类型的,编译器会自己生成一个空间,借助这个空间完成转化,所以当前代码b引用的其实是这个空间,而这个空间是具有常性的,所以在double 前加一个const就不会报错了

使用场景

1.做参数

此时a和b都为实参的别名,操作ab就相当于操作实参

void swap(int& a, int& b)
{
	int tmp = a;
	a = b;
	b = tmp;
}

2.做返回值

可以理解为返回的是一个n的别名

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

引用的优点

????????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。

如下代码可以证明:

#include<iostream>
#include <time.h>
using namespace std;

struct A { int a[10000]; };
A a;

// 值返回
A TestFunc1() { return a; }
// 引用返回
A& TestFunc2() { return a; }

void TestFunc1(A a) {}
void TestFunc2(A& a) {}

void TestRefAndValue()
{
	A a;
	// 以值作为函数参数
	size_t begin1 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
		TestFunc1(a);
	size_t end1 = clock();
	// 以引用作为函数参数
	size_t begin2 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
		TestFunc2(a);
	size_t end2 = clock();
	// 分别计算两个函数运行结束后的时间
	cout << "TestFunc1(A)-time:" << end1 - begin1 << endl;
	cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;
}

void TestReturnByRefOrValue()
{
	// 以值作为函数的返回值类型
	size_t begin1 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
		TestFunc1();
	size_t end1 = clock();
	// 以引用作为函数的返回值类型
	size_t begin2 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
		TestFunc2();
	size_t end2 = clock();
	// 计算两个函数运算完成之后的时间
	cout << "TestFunc1 time:" << end1 - begin1 << endl;
	cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;
}

int main()
{
	TestRefAndValue();
	TestReturnByRefOrValue();
	return 0;
}

可见使用引用作为参数或者返回值时效率会比传值效率更高

引用和指针的区别

1.在语法概念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。

?2.引用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。

#include<iostream>
#include <time.h>
using namespace std;
int main()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;
	ra = 20;

	int* pa = &a;
	*pa = 20;

	return 0;
}

可以通过比较两者汇编语言的实现证明:?

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

引例

两数相乘的宏:

#define mul(x,y) x*y

可以看出,想要实现出完美的宏功能,需要加许多括号,避免运算顺序发生改变,这样是很麻烦的,

此外宏还有许多缺点:

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 。

而内联函数就解决了宏的所有缺点

内联函数概念

????????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。

调用普通函数时会建立栈帧

如果在上述函数前增加inline关键字将其改成内联函数，在编译期间编译器会用函数体替换函数的调用。

?特点

• 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。
• 建议将函数体不是很长,并且不是递归和经常调用的函数定义为内联函数
• ?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。

// Func.h
#include <iostream>
using namespace std;
inline void f(int i);

// Func.cpp
#include "F.h"
void f(int i)
{
 cout << i << endl;
}

// main.cpp
#include "Func.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

?auto关键字(C++11)

简介

????????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可以在变量初始化时自动识别变量是什么类型的.

????????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的使用

1.自动识别类型

#include<iostream>
#include <time.h>
using namespace std;
int main()
{
	int a = 8;
	auto b = a;
	auto c = b;
	auto d = &a;
	//typeid可以识别变量的类型,这里用于检验auto的作用
	cout << typeid(b).name() << endl; //结果为int
	cout << typeid(c).name() << endl; //结果为int
	cout << typeid(d).name() << endl; //结果为int*
	return 0;
}

2.使用auto声明引用类型时要加&,否则就不是起别名了,而是创建了另一个变量

#include<iostream>
#include <time.h>
using namespace std;
int main()
{
	int a = 8;
	//相当于创建了b变量,b的值时a的拷贝
	auto b = a;
	//给a起了一个别名,两者共用一个空间
	auto& c = a;
	return 0;
}

3.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 func(auto a)
{}

2. auto不能直接用来声明数组

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

🚩基于范围的for循环(C++11)

范围for的语法

在c语言中,若我们要遍历一个数组,一般会这样写:

void show()
{
	int a[] = { 1,2,3,4,5,6 };
	for (int i = 0; i < sizeof(a) / sizeof(a[0]); i++)
		printf("%d ", a[i]);
}

对于一个有范围的集合而言，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,简单来说就是:?变量:数组名

void show()
{
	int a[] = { 1,2,3,4,5,6 };
	for (auto i :a)
		cout<<i<<endl;
}

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。

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;
}

🌟指针空值nullptr(C++11)

在c语言中,我们一般定义一个空指针是这样写的:

int *p = NULL;

NULL实际是一个宏，在传统的C头文件(stddef.h)中，可以看到如下代码：

#ifndef NULL
#ifdef __cplusplus
#define NULL ??0
#else
#define NULL ??((void *)0)
#endif
#endif

?可以看到，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。不论采取何种定义，在使用空值的指针时，都不可避免的会遇到一些麻烦，比如：

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

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

int main()
{
  f(0);
  f(NULL);
  f((int*)NULL);
  return 0;
}

????????程序本意是想通过f(NULL)调用指针版本的f(int*)函数，但是由于NULL被定义成0，因此与程序的初衷相悖。

????????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。

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。