【C++初阶】C++入门（1）

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一、C++的认识

1.1 什么是C++

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。命名为C++。因此：C++是基于C语言而产生的，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。

1.2 C++的发展

1979年，贝尔实验室的本贾尼等人试图分析 unix 内核的时候，试图将内核模块化，于是在C 语言的基础上进行扩展，增加了类的机制，完成了一个可以运行的预处理程序，称之为C with classes。

C++的历史版本：

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)、概念(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

二、C++关键字

C++一共有63个关键字，其中有32个是C语言中的关键字

asm	do	if	return	try	continue
auto	double	inline	short	typedef	for
bool	dynamic_cast	int	signed	typeid	public
break	else	long	sizeof	typename	throw
case	enum	mutable	static	union	wchar_t
catch	explicit	namespace	static_cast	unsigned	default
char	export	new	struct	using	friend
class	extern	operator	switch	virtual	register
const	false	private	template	void	true
const_cast	float	protected	this	volatile	while
delete	goto	reinterpret_cast

三、命名空间

3.1 为什么有命名空间

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。

例如：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

int rand = 10;

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

在这段程序中，不引用头文件#include <stdlib.h>是可以正常运行的，但引用后程序就会报错，这是什么原因呢？因为 rand 在 <stdlib.h> 中已有了定义，这里报了重定义的错误。

命名空间分割了全局命名空间，其中每一个命名空间是一个作用域。域是一种空间概念，常见的域有：局部域、全局域、类域、命名空间域，域会影响访问和生命周期。

3.2 命名空间的定义

命名空间的定义由两部分构成：首先是关键字namespace，后面跟命名空间的名字，然后接一对花括号，花括号中即为命名空间的成员。 命名空间中可以定义变量、函数、类型和其他命名空间。

namespace N1//命名空间的名字
{
	//定义变量
	int rand = 10;

	//定义函数
	int Add(int left, int right)
	{
		return left + right;
	}

	//定义类型
	struct Node
	{
		struct Node* next;
		int val;
	};

	//嵌套命名空间
	namespace N2
	{
		int Sub(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
• 用一个工程中允许出现多个相同名称的命名空间，编译器最后会将它们合并为一个命名空间

3.3 命名空间使用

命名空间的使用三种方式:

• 加命名空间名称及域作用限定符

namespace N
{
	int a = 10;
	int b = 5;
}

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（展开命名空间）

namespace N
{
	int a = 10;
	int b = 5;
}

int a = 20;

using namespace N;

int main()
{
	printf("%d\n", a);      //a不明确，有二义性
	printf("%d\n", ::a);    //访问全局的a
	printf("%d\n", N::a);   //访问N中的a
	printf("%d\n", b);
	return 0;
}

N中的成员a 就与全局作用域中的a 产生了冲突。这种冲突是允许存在的，但是**要想使用冲突的名字，我们就必须明确指出名字的版本。**main函数中所有未加限定的a都会产生二义性错误。

这时我们必须使用**域作用限定符(:😃**来明确指出所需的版本

• : :a来表示全局作用域中的a
• N: :a来表示定义在N中的a

注意：

如果命名空间没有展开，编译器默认是不会搜索命名空间中的变量，去访问变量是访问不到的。

访问的优先级：局部域 > 全局域

3.4 命名空间的嵌套

嵌套的命名空间同时是一个嵌套的作用域，它嵌套在外层命名空间的作用域中。嵌套的命名空间中的名字遵循的规则与往常类似：内层命名空间声明的名字将隐藏外层命名空间声明的同名成员。在嵌套的命名空间中定义的名字只在内层命名空间中有效，外层命名空间的代码想要访问它必须在名字前添加限定符。

namespace N
{
	int a = 10;

	namespace N1
	{
		int a = 20;
		int b = 15;
	}

	namespace N2
	{
		int c = N1::b;
	}
}

int main()
{
	printf("%d\n", N::N2::c);
	printf("%d\n", N::N1::a);
	printf("%d\n", N::a);
	return 0;
}

3.5 std命名空间的使用

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例如：using std::cout展开常用的库对象、类型等方式。

四、C++输入和输出

#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	int a = 0;
	double b = 0;
	cin >> a >> b;//流提取运算法
	cout << a << " " << b << endl;//流插入运算法 endl相当于换行
	cout << a << " " << b << '\n';
	return 0;
}

我们在项目中要经常使用 cout 和 endl，每次指定命名空间很不方便，直接展开会全部暴露，有冲突风险，我们可以指定展开来解决问题。

using std::cout;
using std::endl;

说明：

• 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。
• 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。
• <<是流插入运算符，>>是流提取运算符。
• 使用C++输入输出更方便，不需要像 printf和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。

五、缺省参数

5.1 缺省参数的定义

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。

#include<iostream>
using namespace std;

void Test(int a = 0)
{
	cout << a << endl;
}

int main()
{
	Test();//没有传参时，使用参数的默认值a=0
	Test(1);//传参时，使用指定的实参a=1
}

5.2 缺省参数分类

• 全缺省参数（全默认参数）–所有参数都给了缺省值

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

int main()
{
	Test(1, 2, 3);
	Test(1, 2);
	Test(1);
	Test();
	return 0;
}

全缺省参数在传参时，参数是按照从左往右的顺序进行缺省的，不能跳着缺省，例如:Func(1, ,3) ，让第一个形参和第三个形参都使用传递值，而让第二个参数使用缺省值，这种做法是不被允许的。

• 半缺省参数 – 部分的参数给了缺省值

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

int main()
{
	Test(1, 2, 3);
	Test(1, 2);
	Test(1);
	return 0;
}

注意：

• 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现（最好在声明给；声明给，定义给也不可以）
• 缺省值必须是常量或者全局变量。
• 半缺省参数必须从左到右依次来给出，不能间隔着给
• C语言不支持