C++ 入门篇

目录

1、了解C++

2、C++关键字

2、命名空间

2.1 命名空间的定义

2.2 命名空间的使用

3. C++输入与输出

4.缺省参数

4.1 缺省参数的概念

4.2 缺省参数的分类

5. 函数重载

5.1 函数重载的概念

5.2 C++中支持函数重载的原理--名字修饰

6. 引用

6.1 引用概念       

6.2 引用特性

6.3 引用的使用场景

6.4 传值、传引用效率比较

6.5 引用和指针的区别

7. 内联函数

7.1 概念

7.2 特性

8. auto关键字

8.1 auto简介

8.2 auto的使用细则

8.3 auto不能推导的场景

9. 基于范围的for循环(C++11)

9.2 范围for的使用条件

10.指针空值nullptr(C++11)

10.1 C++98中的指针空值


1、了解C++

        既然要学习C++,那么肯定得了解一下C++的历史了。

那么什么是C++呢?

        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。

2、C++关键字

C++ 总计有63的关键字,C语言32个关键字

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

        


 

2、命名空间

        在C++中,变量、函数和类都是大量存在的,对于这些变量,函数和类的名称都将存在于全局的作用域上,当这些变量、函数和类的名称,含有的参数类型一样时候,可能会产生一些冲突,而命名空间的出现可以解决这些冲突的问题,使用命名空间可以对标识符的名称进行本地化,从而来避免冲突或者名字污染。命名空间的关键字为namespace。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>int rand=10;//此处定义一个int类型的变量rand//头文件stdlib.h中有个用来生成随机数的rand函数
int main(){printf("%d",rand);reuturn 0;
}//该代码编译后会报错:error C2365: “rand”: 重定义;以前的定义是“函数” 。
//原因就是stdlib.h中的函数rand与变量rand名称相同导致产生冲突//使用C++中的命名空间来解决这个问题
#include<iostream>
#include<stdlib.h>namespace kzy {int rand = 10;
}int main() {printf("%d\n", kzy::rand);//其中  ::为域作用限定符,表示此处的rand是用的kzy这个命名空间中变量。因此此处结果为 10return 0;
}

2.1 命名空间的定义

        定义命名空间需要使用namespace关键字,后面跟命名空间的名字,然后接着一对{ };{ }中即为命名空间中的成员。

// kzy 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。
// 1. 正常的命名空间定义
namespace kzy
{// 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
// test.h
namespace N1
{int Mul(int left, int right){return left * right;}
}

注:定义一个命名空间就等于定义一个新的作用域,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

        方法一:加命名空间名称及作用域限定符

#include<iostream>
#include<stdlib.h>namespace kzy {int rand = 10;
}int main() {//加域作用限定符printf("%d\n", kzy::rand);return 0;
}

        方法二:使用using将命名空间中某个成员引入

#include<iostream>
#include<stdlib.h>//使用using命令将命名空间中的某个成员引入
using kzy::rand;namespace kzy {int rand = 10;
}int main() {printf("%d\n", rand);return 0;
}

        方法三:使用using namespace 命名空间名称 引入

#include<iostream>
#include<stdlib.h>
//使用using命令将命名空间中的所有变量全局展开(一般不建议使用此方法)
using namespace kzy;
namespace kzy {int rand = 10;
}int main() {printf("%d\n", rand);return 0;
}

3. C++输入与输出

下边来看一个简单代码

#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;
}

代码说明:

        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的使用方法使用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<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。后面我们会有有 一个章节更深入的介绍IO流用法及原理。

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。

4.缺省参数

4.1 缺省参数的概念

        缺省参数是用来声明或定义函数时为函数的参数定义一个缺省值,在调用该函数的时候,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。

void Func(int a = 0)//定义形参a的默认值为0
{cout<<a<<endl;
}
int main()
{Func();     // 没有传参时,使用参数的默认值Func(10);   // 传参时,使用指定的实参return 0;
}

4.2 缺省参数的分类

       1. 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;}

       2. 半缺省参数

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

5. 函数重载

5.1 函数重载的概念

函数重载:是函数的一种特殊情况,C++中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、参数类型,类型顺序)不同,通常用来处理实现功能类似数据类型不同的问题。

        举例说明:


// 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;
}

5.2 C++中支持函数重载的原理--名字修饰

        在C/C++中,一个程序要运行起来,需要经过预处理、编译、汇编、链接四个阶段。在一个实际项目中通常是由多个头文件和多个源文件构成的,在编译后链接钱,函数的调用只能调用出本源文件中的,但是如果被调用的函数是在其他源文件中定义的,地址也就在其他源文件中,而编译阶段就是处理这些问题,当链接器看到要调用某函数,但是却没有该函数的地址,就会在有该函数的汇编后的符号表中找到该函数的地址,然后链接到一起。

        链接时如果有多个相同名称的函数,也就说存在函数重载,该去找哪个名字呢?每个编译器都有自己的一种函数名称修饰规则。修饰后的函数名称不同,而链接时就是找的修饰后的名称。

         以Linux中的环境来看理解一下

        

        通过上面我们可以看出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】。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。

        通过这里我们就可以理解了C++支持重重载的原因了: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

6. 引用

6.1 引用概念       

        引用不是新定义一个变量,而是给已存在的变量取别名,编译器不会为引用变量开辟新的内存空间,它和它引用的变量共用一块内存空间。

        

//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);
}

6.2 引用特性

  • 引用的定义时必须要初始化。
  • 引用一旦引用一个实体,就不能在引用其他实体
  • 一个变量可以有多个引用
  • 引用不能直接引用一个常量
  • 引用类型和被引用的类型要一致
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);  
}
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;
}

6.3 引用的使用场景

//做返回值
int& Count()
{static int n = 0;n++;// ...return n;
}//做参数
void Swap(int& left, int& right)
{int temp = left;left = right;right = temp;
}

错误使用:

上边代码结果为啥不是3,而是7呢?

        Add函数在运行结束后,该函数对应的栈空间就会被回收,即C变量就没有了一样,而在main中ret引用Add函数返回值,实际引用的是一块被释放的空间,虽然该空间被回收,但是不代表空间不能使用,而ret引用的c的位置被第二次使用的 Add(3,4) 修改为7。因此ret的值发生改变。

        如果函数返回时,出了函数作用域,如果返回对象还在(还没还给系统),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。

6.4 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的拷贝,因此用值作为参数或者返回值类型,效 率是非常低下的,尤其是当参数或者返回值类型非常大时,效率就更低。

标值和引用的作为参数类型的性能比较

        

值和引用的作为返回值类型的性能比较

        如图测试结果可看到传值的比传引用的效率,不管是作为参数还是作为返回值都是传引用的效率更高。

6.5 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

7. 内联函数

7.1 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,没有函数调 用建立栈帧的开销,内联函数提升程序运行的效率。

7.2 特性

        1. inline是一种以空间换时间的做法,如果编译器将函数当成内联函数处理,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实现机制可能不同,一般建 议:将函数规模较小(即函数不是很长,具体没有准确的说法,取决于编译器内部实现)、不是递归、且频繁调用的函数采用inline修饰,否则编译器会忽略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,链接就会找不到。

与宏的对比

        宏的优缺点?

                优点: 1.增强代码的复用性。 2.提高性能。

                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 。

         C++有哪些技术替代宏?

                1. 常量定义 换用const enum

                2. 短小函数定义 换用内联函数

8. auto关键字

8.1 auto简介

        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,但遗憾的 是一直没有人去使用它。

        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。

8.2 auto的使用细则

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 x = 10;auto a = &x;auto* b = &x;auto& c = x;cout << typeid(a).name() << endl;cout << typeid(b).name() << endl;cout << typeid(c).name() << endl;*a = 20;*b = 30;c = 40;return 0;
}

2. 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。

8.3 auto不能推导的场景

        1. auto不能作为函数的参数

        2. auto不能直接用来声明数组

        3. 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

       

9. 基于范围的for循环(C++11)

在C++98中如果要遍历一个数组,可以按照以下方式进行:

void TestFor()
{int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)array[i] *= 2;for (int* p = array; p < array + sizeof(array)/ sizeof(array[0]); ++p)cout << *p << endl;
}

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;
}

9.2 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nullptr(C++11)

10.1 C++98中的指针空值

        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,否则可能会出现 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,我们基本都是按照如下 方式对其进行初始化:

        void TestPtr() { int* p1 = NULL; int* p2 = 0; // …… }

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:

        程序本意是想通过f(NULL)调用指针版本的f(int*)函数,但是由于NULL被定义成0,因此与程序的 初衷相悖。

        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:

        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++11作为新关键字引入 的。

        2. 在C++11中,sizeof(nullptr) 与 sizeof((void*)0)所占的字节数相同。

        3. 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。

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