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C++入门
一. 命名空间
1.1 概念
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。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，{}里面即为命名空间的成员。
1.2 定义
在这里插入代码片// 1. 普通的命名空间
namespace li // li为命名空间的名字
{
// 命名空间可以定义变量、函数和类型
// 定义变量
int a = 0;
int b = 0;
// 定义函数
void Print()
{
printf("Hello World\n");
}
// 定义类型
typedef struct Student
{
char name[10];
int year;
}Student;
}
// 2. 命名空间的嵌套
namespace t1
{
int a = 0;
// 嵌套一个命名空间
namespace t2
{
int b = 0;
}
}
// 3. 同一个工程允许存在多个名字相同的命名空间，编译器最后会把他们合成一个命名空间
namespace li
{
int c = 0;
}
1.3 命名空间的使用
1.3.1 引入所有成员
// 1. 使用using namespace + 命名空间名称
// 把li空间的成员全部引入
using namespace li;
int main()
{
a = 100; // 引入后可以直接用
Print();
return 0;
}
/*
C++的iostream头文件里面就是有一个叫std的命名空间，这个命名空间里面就包括C++常用的cout和cint等成员。大家看到很多C++代码都有using namespace std这句话，目的就是将std这个命名空间的所有成员都引入，方便后面使用他们。
*/
1.3.2 引入部分成员
// 2. 使用using将命名空间中的某个成员单独引入
// 把li空间的a成员单独引入
using li::a;
int main()
{
// 引入的变量
a = 100; // 可以直接使用
// 没有引入的变量
li::b = 200; // 需要在变量前面加li::(命名空间名称+作用域限定符::)
return 0;
}
1.3.3 不引入成员
// 3. 加命名空间名称及作用域限定符(::)
int main()
{
// 需要在变量前面加li::
// 没有引入的变量
li::a = 100;
// 没有引入的函数
li::Print();
// 没有引入的类型
li::Student s1;
return 0;
}
/*
在实际开发中一般使用后面两种方法，方法一直接全部引入，命名空间相当于没有了，存在一定的隐患。但是在自己练习的时候，第一种方法直接全部引入std所有成员，还是挺方便的。
*/
二. C++的输入输出
2.1 概念
在C语言中我们的从键盘输入数据是用
scanf，从控制台输出信息是用printf，他们是在stdio.h这个头文件里面定义的，所以我们用他们的时候需要包含一下这个头文件。在C++中，从键盘输入数据是用cin，从控制台输出信息是用cout，他们是被定义在iostream这个头文件的std命名空间里面，我们用他们的时候不仅需要包含这个头文件，而且还要用上面三种命名空间的使用方法其中一种。C语言的printf和scanf在C++一样适用，在我用的VS2022软件里面只用包含iostream这个头文件就好了。
2.2 输入和输出的使用
2.2.1 输出
// 引入std的所有成员
using namespace std;
int main()
{
//cout << "hello world!"; // << 流插入，cout和cin其实是属于流类，类在后面会学到
cout << "hello world!" << endl; // endl就相当于C的\n一样
cout << 'a' << endl;
cout << 111 << endl;
cout << 1.11 << endl;
cout << endl << endl; // 换两行
// 变量的输出
char str[20] = "hello world";
char a = 'a';
int b = 111;
float c = 1.11;
cout << str << endl;
cout << a << endl;
cout << b << endl;
cout << c << endl;
return 0;
}
/*
从上面我们可以看到cout的使用非常简单，下面来总结一下
1. 把cout写在这条语句的最前面，然后在想要输出的信息前面加上 <<（cout + << + 想要输出的信息）
2. 一条语句可以输出很多个想要输出的信息，但是这些信息的前面都想要加上 << , cout只用写一个（cout + << + 信息1 + << 信息2...）
3. 输出变量，把cout写在这条语句的最前面，变量前面加上 << （cout + << 变量名1 << 变量名2...）
4. 输出变量的时候不用像C那样想要写%d，%c这些，cout会自动识别的
5. 最后面记得加分号（;）
*/
// 下面是输出效果
2.2.2 输入
// 引入std的所有成员
using namespace std;
int main()
{
// 变量的输出
char str[20] = { 0 };
char a = 'a';
int b = 0;
float c = 0.00;
cin >> str ;
cin >> a ;
cin >> b >> c;
cout << str << endl;
cout << a << endl;
cout << b << endl;
cout << c << endl;
return 0;
}
/*
总结一下
3. 把cin写在这条语句的最前面，变量前面加上 >>（流提取） （cin+ >> 变量名1 >> 变量名2...）
4. 一样的，不用像C那样想要写%d，%c这些，coin会自动识别
5. 最后面记得加分号（;）
*/
// 下面是效果
三. 缺省参数
3.1 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默认值。在调用该函数时，如果没有指定实参则采用该默认值，否则使用指定的实参。
void test(int a = 0)
{
cout << a << endl;
}
int main()
{
// 不传参，参数为默认值
test();
// 传实参
test(100);
return 0;
}
// 下面为输出效果
3.2 缺省参数分类
3.2.1 全缺省参数
void test(int a = 0, int b = 0, int c = 0)
{
cout << a << endl;
cout << b<< endl;
cout << c<< endl;
}
3.2.2半缺省参数
// 半缺省参数
void test1(int a, int b = 0, int c = 0)
{
cout << a << endl;
cout << b << endl;
cout << c << endl;
}
void test2(int a, int b, int c = 0)
{
cout << a << endl;
cout << b << endl;
cout << c << endl;
}
3.3 缺省参数总结
- 半缺省参数必须从右往左依次来给出，不能间隔着给
- 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现（如下面的代码）
- 缺省值必须是常量或者全局变量
- C语言不支持（编译器不支持）
// 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现
// 错误的用法
// 在xxx.h文件中
void test(int a = 0); // 函数声明
// 在xxx.c文件中
void test(int a = 0) // 函数定义
{
cout << a << endl;
}
// 正确的用法
// 在xxx.h文件中
void test(int a);
// 在xxx.c文件中
void test(int a = 0)
{
cout << a << endl;
}
// 或者是
// 在xxx.h文件中
void test(int a = 0);
// 在xxx.c文件中
void test(int a)
{
cout << a << endl;
}
// 一般推荐在函数的声明中缺省，这样人家查看xxx.h文件就能知道函数的参数了
四. 函数重载
4.1 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 顺序)必须不同，常用来处理实现功能类似数据类型不同的问题。
// 1. 参数个数不同
// 两个参数
int Add(int a, int b)
{
return a + b;
}
// 三个参数
int Add(int a, int b, int c)
{
return a + b + c;
}
// 2. 参数类型不同
int Add(int a, int b)
{
return a + b;
}
float Add(float a, float b)
{
return a + b;
}
// 3. 参数顺序不同
void Print(int a, double b)
{
cout << a << endl;
cout << b << endl;
}
void Print(double a, int b)
{
cout << a << endl;
cout << b << endl;
}
4.2 函数重载的使用
// 重载的使用
int Add(int a, int b)
{
return a + b;
}
float Add(float a, float b)
{
return a + b;
}
int main()
{
// 调用的时候传参传对应的数据类型
// 运行的时候系统会自动调用对应的函数
int c1 = Add(1, 2);
float c2 = Add(1.1111f, 2.2222f); // 后面有个f是为了告诉编译器这是float类型，否则系统会默认为是double类型
return 0;
}
// 注意！！！
// 下面的这种情况虽然是重载的，但是使用的时候存在歧义
void Print(int times = 1)
{
int i = 0;
for (i = 0; i < times; i++)
{
cout << "hello" << endl;
}
}
void Print()
{
cout << "hello" << endl;
}
int main()
{
Print(); // 调用不明确
return 0;
}
4.3 extern “C”
- 有时候在C++工程中可能需要将某些函数按照C的风格来编译，需要在函数前加extern “C”，意思是告诉编译器，将该函数按照C语言规则来编译。有时候在C工程里面也会调用C++写的一些函数，也需要在C++文件函数声明的前面加上extern “C”，这样编译的的时候编译器就会按照C的风格去编译了。一般调用我们都是调用他们生成的静态库，下面我们来实现一下。注意：extern "C"是C++特有的，只有C++的编译器才认识。所以我们无论是C的工程调用C++写的函数还是C++的工程调用C写的函数，extern "C"都是写在C++文件里面的。
4.3.1 C++调用C
4.3.1.1 生成C的静态库
- **注意：**本次演示是在VS2013环境下完成的，不同的编译器操作会有差别。
4.3.1.2 C++调用C的静态库
4.3.2 C调用C++
4.3.2.1 生成C++的静态库
- 这里为了方便，我们用刚刚生成C的静态库那个工程，只要把Stack.c改成Stack.cpp就好了。接下来我们需要对Stack.h进行改造，如图所示我们添加了一个条件编译，如果这是C++程序，在编译的时候就会执行红色框里面的语句，否则就会执行黑色框里面的语句，蓝色框的语句是无论怎么样都会执行的。
4.3.2.2 C调用C++的静态库
- 还是跟上面C调用C++一样要设置一下属性那两个地方，不同的是，这次只要在源文件里面包含头文件记好了。
五. 引用
5.1 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。
int main()
{
int a = 3;
// 定义引用类型
int& ra= a; // 类型& 引用的变量名 = 引用实体;
cout << a << endl;
cout << ra << endl;
return 0;
}
// 注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的
// 从下图可以看出，他们的地址都是0x0094fdac
// 所以说引用不会开辟空间，它和引用实体共用一块内存空间
5.2 引用的特性
// 1. 引用在定义时必须初始化
int main()
{
int& b; // error!!! 这样是不可以的，引用在创建时必须初始化
return 0;
}
// 2. 一个变量可以有多个引用
int main()
{
int a = 0;
// 一个变量多个引用
int& b = a;
int& c = a;
// 引用的实体也可以是之前引用的变量
int& d = b;
return 0;
}
// 3. 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体
int main()
{
int a = 0;
int b = 1;
int& c = a;
c = b; // 这里不是c去引用b实体，而是把b的值赋值给c
return 0;
}
5.3 常引用
// 常引用
int main()
{
const int a = 10; // const 修饰，表示不可以改变a的值了，也就是可读不可写
// 权限放大
//int& b = a; // 不可以， 这里b是变成可读可写了，相当于把a的权限放大，不可行
// 权限不变
const int& b = a; // 可以
int c = 10;
// 权限缩小
const int& d = c; // 可以， 后面给d赋值是不可以的，但是给c赋值还是可以的
// 特殊例子
double d1 = 10.2;
//int& d2 = d1; // 这是不行的，因为上面说过引用类型必须和引用实体是同种类型
const int& d3 = d1; // 这个是可以的，下图有解释
return 0;
}
5.4 引用的使用场景
- 引用的使用场景只要体现在引用传参和传返回值，这两个场景都起到能提高性能的作用。在传参的时候使用引用也可以减少拷贝，在传返回值的时候使用引用可以修改传回来的引用。注意：当返回值是引用时，一定要保证引用实体不会随着函数的栈帧销毁而销毁，也就是说需要返回全局的变量或者静态的变量的引用。
5.4.1 做参数
// 做参数
//传值 不可以实现交换
//void Swap(int a, int b)
//{
// int tmp = a;
// a = b;
// b = tmp;
//}
// 传址 可以实现交换
void Swap(int* a, int* b)
{
int tmp = *a;
*a = *b;
*b = tmp;
}
// 传引用 可以实现交换
void Swap(int& a, int& b)
{
int tmp = a;
a = b;
b = tmp;
}
int main()
{
int x = 10;
int y = 20;
//Swap(&x, &y);
Swap(x, y); // 传引用的函数在调用时传的实参跟传值的函数传实参是一样的
return 0;
}
// 注意：这里的传值和传引用两个函数构成函数重载，但是他们调用时会存在歧义
5.4.2 传返回值
// 首先我们先说一下一般的传返回值在汇编里是怎么实现的
int Add(int a, int b)
{
int c = a + b;
return c;
}
int main()
{
int x = 3;
int y = 6;
int ret = Add(x, y);
cout << ret << endl;
return 0;
}
- 在函数调用结束之后，之前在函数里面定义的变量，除了被
static修饰的变量，其他变量都会随着函数的栈帧被销毁而销毁。这时为了能够保证变量的值能够正常返回，返回的时候会把返回的变量值临时拷贝一份到临时变量，如果变量不是很大寄存器充当临时变量。如果变量很大，临时变量就会在调用这个函数的那个函数栈帧中。返回的是引用的情况下，引用的实体不能是局部的变量。
// 错误示范
int& Add(int& a, int& b)
{
int c = a + b; // 这是一个临时变量
return c;
}
int main()
{
int x = 3;
int y = 6;
int ret = Add(x, y);
return 0;
}
// 正确示范
// 定义一个全局变量
int c = 0;
int& Add1(int& a, int& b)
{
c = a + b; // 这是一个全局变量
return c;
}
int& Add2(int& a, int& b)
{
static int d = a + b; // 这是一个静态变量
return d;
}
int main()
{
int x = 3;
int y = 6;
int ret1 = Add1(x, y);
int ret2 = Add2(x, y);
return 0;
}
5.4.3 传值、传引用效率比较
// 传值、传引用效率比较
#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;
}
// 运行结果如下
5.4.4 值和引用作为返回值类型的性能比较
// 值和引用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;
}
int main()
{
TestReturnByRefOrValue();
return 0;
}
// 运行结果如下
5.5 引用和指针
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。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。
// 引用和指针在汇编的实现
// 引用
int main()
{
int a = 10;
int& ra = a;
ra = 20;
return 0;
}
// 指针
int main()
{
int a = 10;
int* pa = & a;
*pa = 20;
return 0;
}
// 从下图我们可以看出他们在汇编的实现是一样的
- 引用和指针的不同点:
-
引用在定义时必须初始化，指针没有要求
-
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
-
没有NULL引用，但有NULL指针
-
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，64位平台下占4个字节)
-
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
-
有多级指针，但是没有多级引用
-
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
-
引用比指针使用起来相对更安全
六. 内联函数
6.1 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，没有函数压栈的开销，内联函数提升程序运行的效率。
- 从上面的例子我们可以看出，反汇编下函数在调用的时候会
call函数，然后进入函数的栈帧。如果函数在前面加了inline，在调用的时候就原地展开，减少压栈。在VS2013的Debug模式下，需要在工程的属性里设置一下，才可以查看内联的反汇编过程。
6.2 内联函数和类成员函数
在类内部定义的成员函数默认是内联函数。
6.2 inline的注意事项
inline是一种以空间换时间的做法，省去调用函数额开销。所以代码很长或者有循环递归的函数不适宜使用作为内联函数。
inline对于编译器而言只是一个建议，编译器会自动优化，如果定义为inline的函数体内有循环/递归等等，编译器优化时会忽略掉内联。
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。
// inline不建议声明和定义分离，分离会导致链接错误
// 像下面这样,是要避免的
// 在Test.h文件中
int Add(int a, int b);
// 在Test.c文件中
int Add(int a, int b)
{
return a + b;
}
// 在main.cpp中
int main()
{
int x = 10;
int y = 20;
int z = Add(x, y);
return 0;
}
6.3 内联函数的优缺点
6.3.1 优点
1.增强代码的复用性。
2.提高性能。
6.3.2 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 。
6.4 C++替换宏的技术
常量定义 换用const
函数定义 换用内联函数
七. auto关键字（C++11）
7.1 auto概念
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。**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。
int main()
{
int a = 10;
auto b = a;
auto c = 'c';
auto d = TestAuto();
cout << typeid(b).name() << endl; // int
cout << typeid(c).name() << endl; // char
cout << typeid(d).name() << endl; // int
return 0;
}
7.2 auto的使用规则
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 a = 10;
auto b = &a;
auto* c = &a;
auto& d = a;
cout << typeid(b).name() << endl; // int*
cout << typeid(c).name() << endl; // int*
cout << typeid(d).name() << endl; // int
return 0;
}
- 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。
int main()
{
auto a = 1, b = 2;
auto c = 1, d = 2.2; // 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
return 0;
}
7.3 auto不能推导的场景
- auto不能作为函数的参数
void TestAuto(auto x)
{}
- auto不能直接用来声明数组
int main()
{
int a[] = {1, 2, 3};
auto b[] = {1, 2, 3}; // 这种是不可以的
return 0;
}
-
为了避免与C++98中的
auto发生混淆，C++11只保留了auto作为类型指示符的用法 -
auto在实际中最常见的优势用法就是C++11提供的范围
for循环，还有lambda表达式等进行配合使用。
八. 基于范围的for循环(C++11)
8.1 概念
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。**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。
int main()
{
int arr[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for (auto a : arr)
{
cout << a << endl;
}
for (auto& a : arr)
{
a += 2;
}
for (auto a : arr)
{
cout << a << endl;
}
return 0;
}
8.2 范围for的使用条件
- for循环迭代的范围必须是确定的
// 以下例子for的范围不能确定
void Test(int arr[])
{
for (auto a : arr)
{
cout << a << endl;
}
}
- 迭代的对象要实现++和==的操作。
九. 指针空值nullptr(C++11)
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 Test(int)
{
cout << "Test(int)" << endl;
}
void Test(int*)
{
cout << "Test(int*)" << endl;
}
int main()
{
Test(0); // Test(int)
Test(NULL); // Test(int)
return 0;
}
程序本意是想通过
Test(NULL)调用指针版本的Test(int*)函数，但是由于NULL被定义成0，结果调用了Test(int)。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：
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。在C++11中，
sizeof(nullptr)与sizeof((void*)0)所占的字节数相同。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。
