C++初识，命名空间，默认参数，函数重载以及引用

命名空间

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。

// 假设我们命名一个空间，他的名字是 myNameSpace。一般开发中是用项目名字做命名空间的
// 1.正常的命名空间定义
namesapce myNameSpace
{
    //命名空间种可以定义变量/函数/类型
    int rand = 10;
    int Add(int left, int right)
    {
       return left + right;
    }

    struct Node
    {
        struct Node* next;
        int val;
    };
    //2. 命名空间可以嵌套
// test.cpp
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;
        }
    }
}

//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。
// ps：一个工程中的test.h和上面test.cpp中两个N1会被合并成一个
// test.h
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

命名空间中成员如何使用呢？比如：

namespace myNameSpace
{
    int a = 0;
    int b = 1;

    int Add(int left, int right)
    {
        return left + right;
    }
    struct Node
    {
        struct Node* next;
        int val;
    }
}

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

命名空间的使用有三种方式：

• 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 namesapce命名空间名称 引入

using namespace N;
int main()
{
    printf("%d\n", N::a);
    printf("%d\n", b);
    Add(10,20);
    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。

C++默认参数

默认参数概念

默认参数是声明或定义函数时为函数的参数指定一个默认值。在调用该函数时，如果没有指定实参则采用该形参的默认值，否则使用指定的实参。

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

int main()
{
    Func();
    Func(10);

    return 0;
}

默认参数分类

• 全默认参数

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

• 半默认参数

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

注意：

1.半默认参数必须从右往左依次来给出，不能间隔着给
2.默认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)
{}
// 注意：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.默认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）

函数重载

自然语言中，一个词可以有多重含义，人们可以通过上下文来判断该词真实的含义，即该词被重载了。比如：以前有一个笑话，国有两个体育项目大家根本不用看，也不用担心。一个是乒乓球，一个是男足。前者是“谁也赢不了！”，后者是“谁也赢不了！”

函数重载概念

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。

#include<iostream>
usingnamespacestd;
// 1、参数类型不同
intAdd(intleft,intright)
{
    cout<<"int Add(int left, int right)"<<endl;
    returnleft+right;
}
doubleAdd(doubleleft,doubleright)
{
    cout<<"double Add(double left, double right)"<<endl;
    returnleft+right;
}
// 2、参数个数不同
voidf()
{
    cout<<"f()"<<endl;
}
voidf(int a)
{
    cout << "f(int a)"<< endl;
}

//3.参数类型顺序不同
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;
}

int main()
{
   Add(10,20);
   Add(10.1.20.2);
   f();
   f(10);
   
   f(10, 'a');
   f('a', 10);
    
   return 0;
}

C++支持函数重载的原理–名字修饰（name Mangling）

为什么C++支持函数重载，而C语言不支持函数重载呢？

在C/C++中，一个程序要哦运行起来，需要经历以下几个阶段： 预处理，编译，汇编， 链接

1. 实际项目通常是由多个头文件和多个源文件构成，而通过C语言阶段学习的编译链接，我们可以知道，【当前a.cpp中调用了b.cpp中定义的Add函数时】，编译后链接前，a.o的目标文件中没有Add的函数地址，因为Add是在b.cpp中定义的，所以Add的地址在b.o中。那么怎么办呢？
2. 所以链接阶段就是专门处理这种问题，链接器看到a.o调用Add，但是没有Add的地址，就会到b.o的符号表中找Add的地址，然后链接到一起。(老师要带同学们回顾一下)
3. 那么链接时，面对Add函数，链接接器会使用哪个名字去找呢？这里每个编译器都有自己的函数名修饰规则。
4. 由于Windows下vs的修饰规则过于复杂，而Linux下g++的修饰规则简单易懂，下面我们使用了g++演示了这个修饰后的名字。
5. 通过下面我们可以看出gcc的函数修饰后名字不变。而g++的函数修饰后变成【_Z+函数长度+函数名+类型首字母】。

• 采用C语言编译器编译后结果
  结论：在Linux下，采用gcc编译完成后， 函数名字的修饰没有发生改变
  采用C++编译器编译后结果
  
  结论：在Linux 下，采用G++编译完成后，函数名字的修饰发生改变，编译器将函数参数类型信息添加到修改后的名字中。

• Windows 下名字修饰规则

对比Linux会发现，windows下vs编译器对函数名字修饰规则相对复杂难懂，但道理都是类似的，我们就不做细致的研究了。

C/C++函数调用约定和名字修饰规则–有兴趣的话，还可以参看 低调的狮子技术大佬的文章

调用约定

6. 通过以上说明就理解了C语言没有办法支持重载的原因，因为同名函数无法区分。而C++是通过函数修饰规则来区分，只要参数不同，修饰出来的名字就不一样，就支持了重载（补充：VS环境下C语言的函数修饰规则是， 函数名前面直接加_。例如: _Add）
7. 如果两个函数函数名和参数是一样的，返回值不同是不构成重载的，因为调用时编译器没办法区分

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。

语法规则：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);
}

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的

引用的特征

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

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

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;
}

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拷贝，因此用值作为参数或者返回值类型，效率是非常低的，尤其是当参数返回值类型非常大时，效率就更低

#include <time.h>
struct A{ int a[10000]; };
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;
}

值和引用的作为返回值类型的性能比较

#include <time.h>
struct A{ int a[10000]; };
A a;
// 值返回
A TestFunc1() { return a;}
// 引用返回
A& TestFunc2(){ return a;}
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;
}

通过上述代码的比较，发现传值和指针在作为传参以及返回值类型上效率相差很大。

引用和指针的区别

在语法概念上引用就是一个别名，没有独立空间，和其引用的实体共用一块空间

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

在底层实现上实际上是有空间的，因为引用是按照指针的方式来实现的

int main()
{
    int a = 10;
    int& ra = a;
    ra = 20;
    int* pa = &a;
    *pa = 20;
    return 0;
}

我们来看下引用和指针的汇编代码对比:

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