目录
前言
1、C++关键字(C++98)
2、命名空间
2.1、命名空间定义
2.2、命名空间的使用
3、C++输入&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++支持函数重载的原理
6、引用
6.1、引用的概念
6.2、引用特性
6.3、常引用
6.4、使用场景
6.5、传值、传引用效率
6.6、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(C++11)
8.1、类型别名思考
8.2、auto简介
8.3、auto的使用细则
8.4、auto不能推导的场景
9、基于范围的for循环(C++11)
9.1、范围for的语法
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
10.2、nullptr(C++11)
前言
C++是在C的基础之上,容纳进去了面向对象编程思想,并增加了许多有用的库,以及编程范式 等。学习这一部分就不再重复之前的C语言的内容。
C++是兼容C语言的,也就是说可以使用之前的C语言的语法。
1、C++关键字(C++98)
C++总计63个关键字,C语言32个关键字。这里只是总览一下C++的关键字,等到学到的时候再进行具体讲解。
2、命名空间
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。
例如:
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>//加上这个就会报错,不加这个就可以正常运行int rand = 10;int main()
{printf("%d ", rand);return 0;
}
//这个是我们自己定义的名字与库里面的名字冲突,在
//项目组中,多个人之间定义的名字冲突
编译后后报错:error C2365: “rand”: 重定义;以前的定义是“函数”。
C语言没办法解决类似这样的命名冲突问题,所以C++提出了用namespace来解决。
2.1、命名空间定义
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。命名空间域只影响使用,不影响生命周期。
例如:
namespace bit//同一个域中不能有同名的变量,不同的域中可以有同名的变量。
{// 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;};
}//命名空间是可以嵌套的
// 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;}}
}//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。
//比如: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
另外,计算机识别变量是先从局部找,局部找不到,再去全局找。编译器默认是不会去命名空间中找变量的。
2.2、命名空间的使用
例如:
namespace bit
{// 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;
}
命名空间的使用有三种方式:
1、加命名空间名称及作用域限定符(指定展开的对象)
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(部分展开)
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(全局展开,但一般不建议这样使用)
using namespace bit;
int main()
{printf("%d\n", bit::a);printf("%d\n", b);Add(10, 20);return 0;
}
举个结构体的例子:
namespace bit1
{struct A{};int min;
}namespace bit2
{struct A{};int min;
}int main()
{struct bit1::A a;//注意这里的使用方法struct bit2::A b;bit1::min++;bit2::min++;return 0;
}
3、C++输入&输出
例如:
#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;
}
//这里的endl等价于'\n',改写为cout<<"hello world!!!"<<'\n';也是一样的效果
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。后面我们还会更深入的学习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)中还支持格式,后续编译器已不支持,因此推荐使用<iostream>+std的方式。
例如:
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{int a;double b;char c;// 可以自动识别变量的类型cin >> a;cin >> b >> c;cout << a << endl;cout << b << " " << c << endl;return 0;
}
关于cout和cin还有很多更复杂的用法,比如控制浮点数输出精度,控制整形输出进制格式等等。因为C++兼容C语言的用法,这些又用得不是很多,我们这里就不展开学习了。后续如果有需要,再配合文档学习。
std命名空间的使用惯例:
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,如果我们定义跟库中的类型/对象/函数重名,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 或 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。
void Func(int a = 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;
}
使用缺省值的时候,必须从左向右连续使用,不可空着。例如:
//下面的四种使用方法是支持的
Func(1,2,3);
Func(1,2);
Func(1);
Func();
//下面的两种使用方法是错误的
Func(, 2, );
Func(, , 3);
2、半缺省参数(必须从右往左连续缺省)
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(否则会报错)。(只能给其中的一个,但是我们一般建议给函数声明,如果声明和定义不在一个文件的话,就把缺省参数给声明不能给定义)。
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)。
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++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;
}
5.2、C++支持函数重载的原理
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。
1. 实际项目通常是由多个头文件和多个源文件构成,而通过C语言阶段学习的编译链接,我们可以知道,【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。那么怎么办呢?
2. 所以链接阶段就是专门处理这种问题,链接器看到a.o调用Add,但是没有Add的地址,就 会到b.o的符号表中找Add的地址,然后链接到一起。(回顾一下)
3. 那么链接时,面对Add函数,链接接器会使用哪个名字去找呢?这里每个编译器都有自己的函数名修饰规则。
4. 由于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。
5. 通过下面我们可以看出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】。
例如:
1、采用C语言编译器编译后结果
结论:在linux下,采用gcc编译完成后,函数名字的修饰没有发生改变。
2、采用C++编译器编译后结果
结论: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。
3、Windows下名字修饰
对比Linux会发现,windows下vs编译器对函数名字修饰规则相对复杂难懂,但道理都是类似的,我们就不做细致的研究了。
6. 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。
7. 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。
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;
void TestRef()
{int a = 10;int& ra = a;//<====定义引用类型printf("%p\n", &a);printf("%p\n", &ra);
}
//a和ra的地址是一样的
注意:引用类型必须和引用实体是同种类型的
6.2、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,引用变量本身还可以被引用。
3. 引用一旦引用一个实体,再不能引用其他实体
例如:
void TestRef()
{int a = 10;// int& ra; // 该条语句编译时会出错,未初始化int& ra = a;int& rra = a;printf("%p %p %p\n", &a, &ra, &rra);
}
6.3、常引用
无论强制类型转换还是隐式类型转换都会产生中间变量,这个中间变量是临时的,具有常性。指针和引用在赋值或初始化时,权限可以缩小,但是不能放大。
void TestConstRef()
{const int a = 10;//int& ra = a; // 该语句编译时会出错,a为常量,权限被放大了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;
}
6.4、使用场景
1、做参数
例如:这样的好处就是我们可以使用引用来取代一部分使用指针的场景。
void Swap(int& left, int& right)
{int temp = left;left = right;right = temp;
}
2、做返回值
例如:
int& Count()
{static int n = 0;n++;// ...return n;
}int main()
{int ret = Count();return 0;
}
如果没有上面的static和返回值的引用的话,n在出作用域后就被销毁了,之所以能让ret被赋值是因为n在销毁之前会给一个临时变量,让这个临时变量给ret来赋值。如果仅有static的话,n在出作用域后不会被销毁,但n仍不会直接赋值给ret,仍要先给一个临时变量,让这个临时变量给ret赋值。如果在有static的基础上,加上返回值的引用的话,就相当于给返回值n取了一个别名,返回了n的别名,在这个过程中就没有了临时变量这个中间量,效率就会变高。
我们看一道问题:程序在x86的环境下,运行结果为?
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;
}
所以在x86的环境下结果为7。
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。返回对象的引用一般在静态、全局、上一层栈帧、以及动态内存等情况出现。
6.5、传值、传引用效率
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。而传引用效率也就相对较高,因为缺少中间变量带来的消耗。
6.6、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。
int main()
{int a = 10;int& ra = a;cout << "&a = " << &a << endl;cout << "&ra = " << &ra << endl;return 0;
}
但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。
注:语法概念与底层实现还是有一定差异的。从底层来看引用还是使用指针来实现的。
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。
例如:
inline int Add(int x, int y)
{return x + y;
}
int main()
{int ret = 0;ret = Add(2, 3);return 0;
}
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是不能声明和定义分离,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。(建议:直接在头文件中定义即可)
注意:在debug模式下,需要对编译器进行设置,否则内联函数是不会展开的,这样做的目的是为了方便进行调试。
例如:
// F.h
#include <iostream>
using namespace std;
inline void f(int i);
// F.cpp
#include "F.h"
void f(int i)
{cout << i << endl;
}
// main.cpp
#include "F.h"
int main()
{f(10);return 0;
}
// 链接错误:main.obj : error LNK2019: 无法解析的外部符号 "void __cdecl
//f(int)" (?f@@YAXH@Z),该符号在函数 _main 中被引用
面试题:
宏的优缺点是什么?
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. const和enum替代宏常量
2. 内联函数替代宏函数
8、auto关键字(C++11)
8.1、类型别名思考
随着程序越来越复杂,程序中用到的类型也越来越复杂,经常体现在:
1. 类型难于拼写
2. 含义不明确导致容易出错
有人可能想到可以使用typedef来给类型取别名,使用typedef给类型取别名确实可以简化代码,但是typedef有会遇到新的难题:
typedef char* pstring;
int main()
{const pstring p1;// 编译成功还是失败?失败,编译后变成char* const p1;要求初始化。const pstring* p2;// 编译成功还是失败?成功,编译后变成char* const* p2。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。
8.2、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,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。当类型很长的时候,可以考虑使用auto进行自动推导。
例如:
int TestAuto()
{return 10;
}
int main()
{int a = 10; //使用cout<<typeid(变量名).name()<<endl;是可以获取变量的类型信息的auto b = a;auto c = 'a';auto d = TestAuto();cout << typeid(b).name() << endl;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。
8.3、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&。但是要注意,如果不是声明指针类型,用auto*是会报错的。
例如:
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。
例如:
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
}
8.4、auto不能推导的场景
1. auto不能作为函数的参数
// 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. 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
4. 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。
9、基于范围的for循环(C++11)
9.1、范围for的语法
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。例如:
void TestFor()
{ //不一定非要使用auto也是可以写具体的类型的。int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };for (auto& e : array)e *= 2;for (auto e : array)//自动的依次取数组中数据赋值给e对象,自动判断结束。cout << e << " ";//原理就是编译时编译器进行了替换,替换为了迭代器
}
//
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。
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。
注意:以下代码就有问题,因为for的范围不确定
void TestFor(int array[])
{for (auto& e : array)//传参传过来的是指针,所以这样使用是不可以的。cout << e << endl;
}
2. 迭代的对象要实现++和==的操作。(关于迭代器这个问题,以后会提,现在提一下,没办法讲清楚,现在大家了解一下就可以了)
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:
void f(int)//这里就是函数重载,是可以这样写的
{cout << "f(int)" << endl;
}
void f(int*)
{cout << "f(int*)" << endl;
}
int main()
{f(0);f(NULL);f((int*)NULL);return 0;
}
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。
10.2、nullptr(C++11)
为了解决上面的问题,引入了nullptr来代替NULL。
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。
到此结束,欢迎大家到评论区交流。