【C++】C++入门

发布时间：2024年01月21日

1.C++关键字

2.命名空间

2.1命名空间的定义

1.C++关键字

C语言32个关键字，C++共有63个关键字

以下代码的功能是打印字符串"hello world"

可以看出，与C语言中打印字符串有一些不同，以下我们将对这些不同进行介绍

#include<iostream>

int main()
{
	std::cout << "hello world" << std::endl;

	return 0;
}

2.命名空间

2.1命名空间的定义

在C/C++中，变量、函数和类都大量存在，这些变量、函数、和类的名称都将存在于全局域中，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

定义命名空间，需要使用namespace关键字，后面跟名命名空间的名字，然后接一对{ }即可，{ }中即为命名空间的成员

namespace bit
{
	//定义变量
	int rand;
	//定义函数
	int Add(int left, int right)
	{
		return left + right;
	}
	//定义类型
	struct Node
	{
		struct Node* next;
		int val;
	};
}

上面代码段中，bit是命名空间的名字，一般开发中是用项目名字做命名空间名

📖Note:

1??命名空间中除了可以定义变量外，还可以定义函数，类型

2??命名空间可以嵌套

3??命名空间中的变量是全局变量，只有定义在函数内的变量才是局部变量

4??命名空间不影响变量的生命周期，只是限定域

5??变量的默认查找规则：先在局部域找，再在全局域找

6??同一个工程中允许存在多个相同名称的命名空间，编译器最后会合成到同一个命名空间中

命名空间中的变量访问时可以指定域访问，如下：
    std::cout << bit::rand << std::endl;
	std::cout <<  ::rand << std::endl;
:: 为域作用限定符，:: 之前为域名，当 :: 之前为空时，默认为全局域

<< 为流插入运算符

std 是C++标准库的命名空间名，C++将标准库的定义实现都放在这个命名空间中

可以看出，C++中输出时，不需要指定变量的输出格式，因为其可以自动识别类型

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

2.2命名空间的使用

命名空间的三种使用方式：

1??加命名空间名称及作用域限定符
int main()
{
	std::cout << bit::rand << std::endl;
	std::cout <<  ::rand << std::endl;

	return 0;
}
2??使用using将命名空间中某个成员引入

以下代码段中两次输出语句的结果相同
using bit::rand;
int main()
{
	std::cout << bit::rand << std::endl;
	std::cout << rand << std::endl;

	return 0;
}
3??使用using namespace 命名空间名称引入
using namespace bit;
int main()
{
	std::cout << rand << std::endl;
	Add(10, 20);
	Node* n;

	return 0;
}
通常在项目中应该尽量避免使用第三种引入方式，使用第二种部分展开的方式，只展开常用的即可

3.C++输入输出

#include<iostream>

int main()
{
	std::cout << "hello world" << std::endl;

	return 0;
}

以上代码的功能是打印字符串"hello world"

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（官方库的命名空间）

2??cout和cin都是全局的流对象，endl是特殊的C++符号，表示换行输出，它们都包含在头文件<iostream>中

3??<<是流插入运算符，>>是流提取运算符

4??使用C++输入输出更加方便，不需要像C语言中printf和scanf函数一样手动控制格式，C++的输入输出可以自动识别变量类型

📖Note:

早期标准库将所有功能在全局域中实现，声明在.h后缀的头文件中，使用时只需要包含对应的头文件即可，后来将其实现在std命名空间下，为了和C头文件区分，也为了正确使用命名空间，规定C++头文件不带.h；旧编译器(vc 6.0)中还支持<iostream.h>格式，后续编译器已经不支持，因此推荐使用<iostream> 加引入std命名空间的方式

std命名空间的使用惯例：

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，因此日常练习为了方便一般使用using namespace std（全部展开）；但在项目开发中代码多，规模大，就很容易出现冲突问题，所以建议在项目开发中使用std::cout（指定命名空间）或using std::cout（部分展开）

4.缺省参数

4.1缺省参数的概念

缺省参数是在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 Func(int a = 0)
{
	cout << a << endl;
}
int main()
{
	Func();//没有传参，使用形参的缺省值
	Func(10);//传参时，使用指定的实参

	return 0;
}

4.2缺省参数分类

缺省参数分为全缺省参数和半缺省参数

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 = 20, int c = 30)
{
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl;
}
📖Note:

1??半缺省参数必须从右往左依次给出，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。如果缺省参数在声明和定义中同时出现，恰巧两个位置提供了不同的缺省值，那编译器就无法确定使用哪个缺省值。一般在函数声明中给出

3??缺省值必须是常量或全局变量

4??C语言不支持缺省参数

5.函数重载

5.1 函数重载的概念

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的顺序）不同，常用来处理实现功能类似数据类型不同的问题

#include<iostream>
using namespace std;
// 1、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;
}
// 2、参数个数不同
void f()
{
	cout << "f()" << endl;
}
void f(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;
}

5.2 C++支持函数重载的原理

C++支持函数重载，C语言不支持函数重载

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

实际项目通常由多个头文件和多个源文件构成，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。在链接阶段，链接器看到a.o调用Add，但是a.o的符号表中没有Add的地址，就会到b.o的符号表中查找Add的地址，然后链接到一起。在链接时，对于不同的函数，每个编译器都有自己的函数名修饰规则，Linux下，采用C语言编译器gcc函数修饰后名字不变，而采用C++编译器g++函数修饰后会变成【_Z+函数长度+函数名+类型首字母】

因此C语言没办法支持重载，因为同名函数没办法区分。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

📖Note:

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有办法区分，这不是因为函数名修饰规则，而是因为调用时不能指定返回值类型，存在二义性，不能区分

6.引用

6.1引用的概念

引用不是新定义一个变量，而是给已存在的变量取了一个别名，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

定义方式：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);
}
📖Note:引用类型必须和引用实体是同种类型的

6.2引用的特性

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，就不能引用其他实体（因此引用不能替代指针）

6.3常引用

指针和引用赋值中，权限可以平移或缩小，但不能放大

由const修饰的变量只能读，不支持写

void TestConstRef()
{
	const int a = 10;
	//int& ra = a; // 该语句编译时会出错，权限放大
	const int& ra = a;//正常运行，权限的平移

	//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
	//类型转换都会产生临时变量，临时变量具有常性，即不能被修改
	const int& rd = d;
}

6.4引用的使用场景

引用的使用场景：

做参数
做返回值

场景1：做参数
void Swap(int& left, int& right)
{
 int temp = left;
 left = right;
 right = temp;
}
引用传参：形参是实参的别名，一般输出型参数使用引用传参，可以减少拷贝，提高效率

📖Note:

输出型参数和输入型参数

输出型参数和输入型参数都是指形参列表里面的参数，外部调用函数时通过形参列表把实参传递给函数，函数再通过返回值给调用者想要的结果；但是当一个函数内部想要处理多个数据并返回时，return就不能实现了，这时函数的输入输出只能通过参数完成。输出型参数就是就可以使函数内部处理的数据返回到调用的地方

输出型参数一般情况下为return的值或者需要在函数内部进行处理的值

输入型参数不会在函数内部进行修改，一般加const修饰

场景2：做返回值
int& Count()
{
 static int n = 0;
 n++;
 // ...
 return n;
}
我们对以下代码段进行分析
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;
}
vs2019编译器运行结果如下：

分析：Add函数实现两个整型变量的相加，返回值的类型为引用

传值返回的规则：产生一个临时变量，存储返回值。在Add函数中，若传值返回，即产生一个临时变量，拷贝变量c的值，因为出了Add函数，变量c所在的函数栈帧已经销毁，对c的访问越界

引用返回的规则：也会产生一个临时变量，但这个临时变量不开辟空间。在Add函数中，引用返回，即产生一个临时变量，但这个临时变量不开辟空间，它只是变量c的别名，和c指向同一块空间，函数调用结束，即开辟的函数栈帧销毁之后，用户对这块空间就失去了使用权，存储在这块空间中的数据不被保护，可以访问，但是访问到的数据是不确定的

因此在上面的代码中第一次Add函数调用结束后函数栈帧销毁，因为使用引用返回，变量c作为局部变量也就销毁了，但是变量ret作为变量c的别名，它仍然指向这块空间，但其中存储的数据是不确定的；第二次函数调用开辟栈帧，恰好上一次函数开辟的空间并没有被使用，因此开辟了同一块栈帧，调用结束后的Add栈帧销毁，但由于没有被其他函数占用，所以这块空间的数据没有被覆盖，因此最终通过ret找到了数据7，但是这个结果是不确定

📖Note:

如果函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象还在（没有还给系统），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

6.5传值调用和传引用调用效率比较

以值作为参数或者返回值类型，在传参或者返回期间，函数不会直接传递实参或者将变量直接返回，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，效率是比较低下的，尤其当参数或者返回值类型较大时（如自定义类型），这种劣势更为明显。
#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;
}

int main()
{
	TestRefAndValue();

	return 0;
}
因此，可以使用引用返回时建议使用引用返回

6.6引用和指针的区别

在语法概念上引用就是变量的一个别名，没有独立的空间，和其引用实体共用同一块空间

但引用在底层实现上实际是有空间的，因为引用是按照指针的方式实现的

引用和指针的区别：

1??概念上：引用是一个变量的别名，指针存储一个变量的地址

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，而指针可以在任何人时候指向任何一个同类型的实体

4??不存在NULL引用，但是存在NULL指针

5??在sizeof中含义不同：引用的结果是引用类型的大小，但是指针始终是地址空间所占字节个数（32位平台下始终是4byte）

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??访问实体不同，指针需要显式解引用，引用编译器自己会处理

9??引用的使用比指针相对安全

7.内联函数

7.1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。

查看方式：

在release模式下，查看编译器生成的汇编代码中是否存在函数调用语句
?在debug模式下，需要对编译器进行设置，否则不会展开(因为debug模式下，编译器默认不会对代码进行优化，以下给出vs2019的设置方式)

7.2内联函数的特性

1??内联函数是一种以空间换时间的做法，如果编译器将函数当作内联函数处理，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的实现机制可能不同，一般建议：将函数规模较小，不是递归，且频繁调用的函数采用inline修饰，否则编译器会忽视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，链接时就会找不到

链接错误的原因：

程序运行的几个阶段：预处理，编译，汇编，链接

其中链接阶段实现合并目标文件和合并符号表，在符号表中查找函数地址时，内联函数的地址并不在符号表中，不会生成函数的目标文件，因此就会产生链接错误

建议：内联函数直接在.h文件中定义

补充：宏的优缺点

优点：

1??增强代码的复用性

2??提高性能

缺点：

1??预编译阶段进行了替换，因此不方便调试

2??代码的可读性差，可维护性差，容易误用

3??没有类型安全的检查

C++的改进：

1??常量的定义，使用const enum

2??规模小的函数使用inline修饰

8.auto关键字（C++11）

8.1auto含义

当一个程序较复杂时，其中所使用的类型也越来越复杂，可能难于拼写，可能函数不明确导致出错，我们已经知道typedef可以给类型重命名，这样可以简化代码

在编程时，常常要把表达式的值赋给变量，这就要求在声明变量时清楚的知道表达式的类型，typedef并不能解决这个问题。C++中给auto赋予了新的含义

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

C++11中，auto的新含义为：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成

📖Note：

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，而是一个类型声明的占位符，编译器在编译时期会将auto替换为变量实际的类型

8.2auto的使用

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&

2??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

8.3auto不能推导的类型

1??auto不能作为函数的参数，因为编译器无法对a的实际类型进行推导

2??auto不能直接用来声明数组
void TestAuto()
{
 int a[] = {1,2,3};
 auto b[] = {4，5，6};
}
3??为了避免与C++98中的auto混淆，C++11只保留了auto作为类型指示符的用法

4??auto在实际中最常见的用法就是配合新式for循环，或者配合lambda表达式等

9.基于范围的for循环（C++11）

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

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。

2. 迭代的对象要实现++和==的操作。

10.指针空值（C++11）

在良好的C/C++编程习惯中，声明一个变量时最好给该变量一个合适的初始值，否则可能出现不可预料的错误，比如未初始化的指针。如果一个指针没有合法的指向，通常按如下方式进行初始化：

int main()
{
	int* p1 = NULL;
	int* p1 = 0;

	return 0;
}

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

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，都可能存在一些问题

在第二次函数调用f(NULL)时，本应该调用f(int*)函数，但由于NULL被定义成常量0，因此调用了f(int)函数，与程序的初衷相悖

在C++98中，字面常量0既可以是一个整型数字，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一个整型常量，如果要将其按照指针的方式来使用，必须对其进行强制类型转换（void*）0

📖Note:

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++作为新关键字引入的

2??在C++11中，sizeof(nullptr)与sizeof((void*)0)所占的字节相同

3??为了提高代码的可读性，建议后续C++代码编写中表示指针空值使用nullptr

文章来源:https://blog.csdn.net/m0_64538862/article/details/135613095
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