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📣系列专栏：残念ing 的C++语言系列专栏——CSDN博客
前言
熟悉了C语言后我们现在要学习一下C++了，C++是C语言的基础之上而建立的语言。
学习目标：
1、知道C语言的一些不足，以及C++是如何对C语言设计不合理的地方进行优化的。比如：作用
域方面、IO方面、函数方面、指针方面、宏方面等
2、为后续类和对象打下基础
1、了解C++
**C++**是基于C语言而产生的，它既可以进行C语言的过程化设计，又可以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++的关键字
C++总计63个关键字，C语言32个关键字（先做一个了解，后面每一个都会写到）
3、命名空间
在C/C++中变量、函数和后面学到的类都是大量存在的，这些变量等都存在于全局作用域中可能会导致很多冲突。
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>int rand=0;
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”
使用目的：对标识符的名称进行本地化，以避免命名冲突或名字污染
3.1 命名空间的定义
需要使用到 namespace 关键字后面跟命名空间的名字然后接一对{}就可以了，{}中为成员。
1、命名空间的定义
//namespace 命名空间的定义关键字 作用：防止命名冲突
namespace bit
{//命名空间中可以定义变量/函数/类型int rand = 1;struct top{int a;int* next;};int Add(int left, int right){return left + right;}
}
2、命名空间是可以镶嵌的
//命名空间是可以嵌套的
namespace skl
{namespace bit{int rand = 1;struct top{int a;int* next;};}
}
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。
//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。
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
3.2 命名空间的使用
以下面代码为基础：
namespace bit
{int a = 0;int b = 1;int Add(int left, int right){return left + right;}struct Node{struct Node* next;int val;};
}
1、加命名空间名称及作用域限定符
int main()
{printf("%d\n", bit::a);return 0;
}
2、使用using将命名空间中某个成员引入
using bit::b;
int main()
{printf("%d\n", bit::a);printf("%d\n", b);return 0;
}
3、使用using namespace 命名空间名称引入
using namespce bit;
int main()
{printf("%d\n", bit::a);printf("%d\n", b);Add(10, 20);return 0;
}
4、C++的输入与输出
之前的C语言都有自己的输入输出，C++也肯定不能少。
#include<iostream>
using namespace std;int main()
{int a = 1;double b = 1.22;// << 流插入// 自动识别类型cout << a << " " << b << "\n" << endl;// >>流提取cin >> a >> b;cout << a << "+" << b << endl;return 0;
}
注意：
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、endl是特殊的C++符号，表示换行输出，他们都包含在包含头文件中。
3、与C语言的输入输出不同的是C++的输入输出不需要手动控制格式，直接是自动匹配。
补充：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。
5、缺省参数
5.1 什么是缺省参数
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。
#include<iostream>
using namespace std;//缺省参数
void F1(int a = 1)
{cout << a << endl;
}int main()
{F1(2);//传参时，使用指定的实参F1();//没有传参时，使用参数的默认值return 0;
}
5.2 缺省参数的种类
1、全缺省参数
//全缺省参数
void F2(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{cout << "a = " << a << endl;cout << "b = " << b << endl;cout << "c = " << c << endl;
}
int main()
{F2(1, 2, 3);F2(1, 2);F2(1);F2();return 0;
}
2、半缺省参数
//半缺省参数 从右往左缺省
void F3(int a, int b = 20, int c = 30)
{cout << "a = " << a << endl;cout << "b = " << b << endl;cout << "c = " << c << endl << endl;
}
int main()
{F3(1);F3(1,2);F3(1,2,3);return 0;
}
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
//a.h
void Func(int a = 10);
// a.cpp
void Func(int a = 20)
{}
3. 缺省值必须是常量或者全局变量
4. C语言不支持
6、函数的重载
看到这里你应该有点困了，那我们来将一个笑话：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。一个是花式跳水，一个是男足。前者是“谁也赢不了！”，后者是“谁也赢不了！”
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。
6.1 什么是函数重载
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、类型、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(1,2);Add(1.0, 2.0);f();f(1);f(1, 'a');f('a', 1);return 0;
}
6.2 为什么C++支持函数重载，而C语言不支持呢？
我们知道一个程序要运行起来，要经过：预处理、编译、汇编、链接。
记住结论：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。
7、引用
7.1 什么是引用
引用是给以存在的变量取一个别名，不是新定义一个变量。编译器不会为引用开辟新的内存空间，它和它的引用的变量共同使用同一块空间
比如：库里，在家叫的是斯蒂芬，而在球场上就是库日天
类型& 引用变量名（对象名）=引用实体
void Test()
{int a = 10;int& ra = a;//定义引用类型printf("%p\n", &a);printf("%p\n", &ra);
}
结果：我们发现两个地址是一样的
注意：引用类型必须和引用实体是相同类型的
7.2 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，再不能引用其他实体
7.3 常见的引用
void Test()
{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;
}
7.4 使用的一些场景
1、做参数
void Swap(int& left, int& right)
{int temp = left;left = right;right = temp;
}
2、做返回值
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;
}
运行结果：
思考：为什么会出现这样的结果？
注意：如果函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象还在(还没有还给系统)，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。
7.5 传值与传引用的对比
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。
7.6 值和引用的作为返回值类型的性能比较
结论：传值和指针在作为传参以及返回值类型上效率相差很大。
7.7 引用和指针的区别
在语法概念上引用就是一个别名，没有自己独立的空间，和其实体共用同一个空间，而指针有自己独立的空间。
在底层实现上实际是有空间的，因为引用是按照指针方式而实现的。（一般只看语法上，不用关心底层，但是知道也可以）
int main()
{int a = 10;int& ra = a;ra = 20;int* pa = &a;*pa = 20;return 0;
}
对比一下下面的汇编代码
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
8、内联函数
8.1 什么是内联函数
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。
如果在上述函数前增加inline关键字将其改成内联函数，在编译期间编译器会用函数体替换函数的调用。
补充：查看方式
1：在release模式下，查看编译器生成的汇编代码中是否存在call Add
2：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）
8.2 一些特性
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
下图为《C++prime》第五版关于inline的建议：
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
9 、auto关键字（C++）
9.1 类别名的思考
我们知道随着程序越来越复杂，程序中用到的类型也越来越复杂，经常以这两种形式体现;
1、类型难于拼写
2、含义不明确容易导致出错
比如：
#include <string>
#include <map>
int main()
{std::map<std::string, std::string> m{ { "apple", "苹果" }, { "orange","橙子" },{"pear","梨"} };std::map<std::string, std::string>::iterator it = m.begin();while (it != m.end()){//....}return 0;
}
我们看到 std::map<std::string, std::string>::iterator 这个类型不仅长而且还容易写错。这时很多人就会想到：可以用 typedef 给类型取名。比如：
#include <string>
#include <map>
typedef std::map<std::string, std::string> Map;
int main()
{Map m{ { "apple", "苹果" },{ "orange", "橙子" }, {"pear","梨"} };Map::iterator it = m.begin();while (it != m.end()){//....}return 0;
}
上面的这种是一个不错的方法，但是也会遇到新的问题。
typedef char* pstring;
int main()
{const pstring p1; // 编译成功还是失败？const pstring* p2; // 编译成功还是失败？return 0;
}
在编程时，常常需要把表达式的值赋值给变量，这就要求在声明变量的时候清楚地知道表达式的
类型。然而有时候要做到这点并非那么容易，因此C++11给auto赋予了新的含义
9.2 auto
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。而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。
int TestAuto()
{return 10;
}
int main()
{int a = 10;auto b = a;auto c = 'a';auto d = TestAuto();cout << typeid(b).name() << endl;//typeid(b).name()--返回类型cout << typeid(c).name() << endl;cout << typeid(d).name() << endl;//auto e; 无法通过编译，使用auto定义变量时必须对其进行初始化return 0;
}
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。
9.3 auto 的使用明细
- auto与指针和引用结合起来使用
注意：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;
}
- 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
void TestAuto()
{auto a = 1, b = 2;auto c = 3, d = 4.0; // 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
}
9.3 auto不能推导的场景
1、auto 不能作为函数参数（编译器无法对参数的实践类型进行推导）
// 此处代码编译失败，auto不能作为形参类型，因为编译器无法对a的实际类型进行推导
void TestAuto(auto a)
{}
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、 auto在实际中最常见的优势用法就是跟以后会讲到的C++11提供的新式for循环，还有lambda表达式等进行配合使用
10、基于范围的for循环
10.1 范围for的语法
一般情况下我们通常会使用这样的方法
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;
}
对于我们来说一个有范围的集合，说明循环的范围是有点多余的，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 TestFor2()
{int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };for (auto& e : array)e *= 2;for (auto e : array)cout << e << " ";
}
注意：与普通循环是类似的，可以用continue来结束本次循环，或着用bark跳出循环。
10.2 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，可以把begin和end想为for循环迭代的范围。
void TestFor(int array[])
{for (auto& e : array)cout << e << endl;
}
注意：以上的代码就是错误的，因为for的范围没有明确
2. 迭代的对象要实现++和==的操作。
11、指针空值 nullptr（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;// ……
}
其实真相是：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：
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*。
其实不论采取何种定义，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 f(int)
{cout << "f(int)" << endl;
}
void f(int*)
{cout << "f(int*)" << endl;
}
int main()
{f(0);f(NULL);//为了实现f(int*)调用f((int*)NULL);return 0;
}
运行结果：
我们看到f(NULL)违背了我们刚开始的初衷，因为NULL刚开始就被定义为了0。
这个时候就可以用到我们的 nullptr 这个关键字了
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。
使用时注意：
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。*
