[C++知识库]【C++修炼秘籍】C++入门，初入山门（上）

【C++修炼秘籍】C++入门，初入山门（上）

心有所向，日复一日，必有精进。

专栏《C++修炼秘籍》

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前言

终于，开始了一个新的阶段，从现在开始，将步入C++的学习，有难度，俗话说，万事开头难，

接下来，一起努力！

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?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。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。

C++的发展史
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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。语言的发展是逐步递进，由浅入深的过程。我们先来看下C++的历史版本。

C++还在不断的向后发展。但是：现在公司主流使用还是C++98和C++11，所有大家不用追求最
新，重点将C++98和C++11掌握好，等工作后，随着对C++理解不断加深，有时间可以去琢磨下更
新的特性。
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C++关键字

C++总计63个关键字，C语言32个关键字
ps：了解了解，熟能生巧

ps：有一说一，好多，目前就先看看得了

命名空间

在C/C++中，变量、函数和后面要学到底类是大量存在的，这些变量、函数和类的名称将都存放在全局域中，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。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int rand = 10;
// C语言没办法解决类似这样的命名冲突问题，所以C++提出了namespace来解决
int main()
{
printf("%d\n", rand);
return 0;
}
// 编译后后报错：error C2365: “rand”: 重定义；以前的定义是“函数”

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

1、正常命名空间定义

namespace mumu
{
    // 命名空间中可以定义变量/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
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// 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

namespace mumu
{
    // 命名空间中可以定义变量/函数/类型
    int a = 0;
    int b = 1;
    int Add(int left, int right)
    {
        return left + right;
    }
    struct Node
    {
        struct Node* next;
        int val;
    };
}
int main()
{
    // 编译报错：error C2065: “a”: 未声明的标识符
    printf("%d\n", a);
    return 0;
}

?命名空间的三种使用方法：

• 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将命名空间的某个成员引入
  ?

using N::b;
int main()
{
    printf("%d\n", mumu::a);
    printf("%d\n", b);
    return 0;
}

• 使用using namespace 命名空间名称 引入

using namespce N;
int main()
{
    printf("%d\n", mumu::a);
    printf("%d\n", b);
    Add(10, 20);
    return 0;
}

C++输入输出

#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!!!"<<endl;
    return 0;
}

?说明：

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。
2. ?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。
3. ?<<是流插入运算符，>>是流提取运算符。
4. 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。
5. ?实际上cout和cin分别是ostream和istream类型的对象，>>和<<也涉及运算符重载等知识，这些知识我们我们后续才会学习，所以我们这里只是简单学习他们的使用。后面我们还有有一个章节更深入的学习IO流用法及原理。

?注意：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，使用时只需包含对应
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，后续编译器已不支持，因
此推荐使用<iostream>+std的方式

std命名空间使用惯例

std是C++标准库的命名空间，如何展开std使用更加合理呢？?

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。

举个栗子：

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#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
//命名空间
namespace mumu{
	int rand = 10;
}
using namespace mumu;
int main(){
	std::cout <<rand << std::endl;
	return 0;
}

?展开后与关键字命名冲突，编译器不知道用哪个；

ps：编译器：这是谁？要到哪里？

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缺省参数

什么是缺省参数？（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。
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void Fun(int a = 0)
{
    cout<<a<<endl;
}
int main()
{
    Fun(); // 没有传参时，使用参数的默认值
    Fun(10); // 传参时，使用指定的实参
    return 0;
}

• 没有传参时，使用参数的默认值
• 传参时，使用指定参数?

?有哪些缺省参数（分类）

• 全缺省参数

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

• 半缺省参数?

void Func(int x , int y = 20, int z = 10)
{
    cout<<"x = "<<a<<endl;
    cout<<"y = "<<b<<endl;
    cout<<"z = "<<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
2. 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现
3. 缺省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

?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！”

看似相同的话，却完全表达了不同的意思，人们可以通过上下文来判断其正在的含义

什么是函数重载？（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>
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;
}

C++支持函数重载的原理--名字修饰(name Mangling)（为什么？）

ps：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?

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语言编译器编译后结果

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。?

?采用C++编译器编译后结果

通过这里就理解了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。
注意：?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。（即使在名字中记录了返回值类型，但编译器在调用时也不知道你函数返回值类型是啥）

??引用

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。

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；
ps：引用类型必须和引用实体是同种类型的?

//引用
int main(){
	int a = 5;
	int &ra = a;
	std::cout << a << std::endl;
	std::cout << ra << std::endl;
	return 0;
}

?引用特性

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，再不能引用其他实体

?当引用未初始化时：

int main(){
	int a = 5;
	int &ra;//报错
	std::cout << a << std::endl;
	std::cout << ra << std::endl;
	return 0;
}

我们可以看到这不是改变引用实体，而是赋值，a和ra的地址没有改变，只是值发生了变化

?使用场景

做参数

//输出型参数
void Swap(int&x,int&y){
	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}

如果那我们以前是如何去写呢？

void Swap(int*x, int*y){
	int tmp = *x;
	*x = *y;
	*y = tmp;
}
//传参注意传地址

引用就显得方便；

做返回值

先来了解函数是如何返回的；

int& Count()
{
	static int n = 0;
	n++;
	// ...
	return n;
}
int main()
{
	int& ret = Count();	
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

但是使用引用要注意，看如下代码：

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;
}

?

?似乎运行结果没有问题……但是我们再来调用一次：

?这就离谱？？？

我们返回了引用，就是返回了C的别名，我们知道函数栈帧调用结束后就会销毁，但是销毁函数栈帧不代表栈帧就消失不见了，只是使用权不是我们的了，我们的数据不会被保护，我们从该地址读取的值是不确定的；第一次读取时，我们可能没问题，我们又调用了该函数，函数栈帧是会复用的，我们第二次读取就是第二次的值了，但也不是绝对，也可能是未知值；

为什么要使用引用呢？传值、传引用效率与比较

以值作为参数或者返回值类型，在传参和返回值期间，函数不会直接传递实参或将变量本身直接返回，而是将传递实参或将返回值变变量的一份临时拷贝，因此用值作为参数或者返回值类型，效率是比较低的，尤其是当参数和返回值类型比较大时，效率更低。

有兴趣的小伙伴我们可以测试一下；

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?到这里，我们了解了函数重载和引用的概念，那我们来看如下代码：

void Swap(int&x,int&y){
	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}
void Swap(int x, int y){
	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}

上述代码构成函数重载吗？

答案是构成； 它符合重载的定义，其实要看编译器的函数名修饰规则，但是无论是否构成，在调用会有歧义，所以不能这样玩。

?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;
}

权限可以缩小，但是不可以放大所以不能把int&定义时不能定义const int?

注意：语法上面，ra是a的别名，ra不开空间；

? ? ? ? ? 底层上面，是开空间的，是用指针实现的；?

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汇编代码lea 就是取地址，这就是底层；

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

我们下期继续，再见！

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