初阶1 入门

本章重点

  1. C++的关键字
  2. 命名空间
  3. C++的输入输出
  4. 缺省参数
  5. 函数重载
  6. 引用
  7. 内联函数
  8. auto关键字
  9. 基于范围的for循环
  10. 指针的空值nullptr

1.C++的关键字

c++总共有63个关键字，其中包含c语言的32个

这些关键字不需要特意去记，在我们日后写代码的过程中会慢慢用到并记住。

请添加图片描述

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。

2.1 命名冲突

#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);	// stdlib库中有一个函数randreturn 0;
}
// 编译后后报错：error C2365: “rand”: 重定义；以前的定义是“函数”

namespace就可以解决这样的冲突

2.2 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。

  • 一个命名空间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

//局部域->全局域->展开(编译时是否去命名空间)了的命名空间域 or 指定访问命名空间域

正常定义：

namespace zhangsan
{// 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;};
}

嵌套定义：

命名空间可以嵌套定义

// 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;}}
}

多文件定义：

同一个工程中可以定义多个同名的命名空间，最后编译的时候编译器会将这多个命名空间合并成一个。

// test.h
namespace N1
{int Mul(int left, int right){return left * right;}
}

效果：

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;}}int Mul(int left, int right){return left * right;}
}

2.3 命名空间的使用

定义一个命名空间：

namespace N1
{int a;int b;int Add(int left, int right){return left + right;}
}

如果想要使用命名空间中的成员有以下三种方法：

  • 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引入命名空间中的成员
using N::b;
int main()
{printf("%d\n", N::a);printf("%d\n", b);return 0;
}
  • 使用using namespace直接展开命名空间
using namespce N;
int main()
{printf("%d\n", N::a);printf("%d\n", b);Add(10, 20);return 0;
}

在项目中一般不直接展开命名空间，这样会导致命名污染，但是在平常练习时还是展开命名空间较为方便
也可以部分(指定)展开 using std::cout;

3.C++的输入输出

我们来看下C++是如何来实现问候的。

#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+std的方式。

#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;
}

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。

4.缺省参数

4.1 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。

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 缺省参数种类

全缺省函数

函数参数都有缺省值

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

半缺省参数

只有部分参数有缺省值：

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(只在声明中出现)
  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）

5.函数重载

5.1 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。

5.2 重载方式

  • 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;
}
  • 参数个数不同
void f()
{	cout << "f()" << endl;
}void f(int a)
{cout << "f(int a)" << endl;
}
  • 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;
}

5.3 重载原理

每个C/C++程序都会经历预处理、编译、汇编、链接，在汇编阶段会生成符号表，然后在链接阶段进行符号重定位等一系列操作，保证函数在程序运行期间能够成功调用。

进阶7-程序环境与预处理

Stack.h Stack.cpp Text.cpp
//预处理: 头文件展开/宏替换/条件编译/去掉注释…

Stack.i Test.i
//编译: 检查语法,生成汇编代码

Stack.s Test.s
//汇编: 汇编代码转变为机器代码(二进制代码)

Stack.o Test.o
//链接: 生成可执行程序 (xxx.exe/a.out)

这里汇编阶阶段生成的符号表就是问题的关键所在，我们可以通过分别查看C语言的符号表和C++的符号表：

C语言符号表

#include <stdio.h>                     
int add(int a, int b)
{return a + b;
}void func(int a, double b)
{printf("func(int a, double b);\n");
}int main()
{return 0;
}

请添加图片描述

符号表里面只有函数名

C++符号表

#include <stdio.h> 
int add(int a, int b)
{return a + b;
}double add(double a, double b)
{return a + b;
}void func(int a, double b, int* ptr)
{printf("func(int a, double b, int* ptr);\n");
}int main()
{return 0;
}

请添加图片描述

符号表中的函数名后面将函数的参数带上了

6.引用

6.1 引用概念

引用就是某一变量（目标）的一个别名，对引用的操作与对变量直接操作完全一样。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。

引用的声明方法： 类型标识符 &引用名=目标变量名

int a = 10;
int& ra = a;//<====定义引用类型

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型

注意： 引用类型必须和引用实体是同种类型的

6.2 引用的特性

  1. 引用在定义时必须初始化
int a = 10;
int& ra = a;//<====定义引用类型
int& rb; // err
  1. 一个变量可以有多个引用
int a = 10;
int& ra = a;//<====定义引用类型
int& rb = a;
int& rra = ra;	// 引用的引用 = 变量的引用
  1. 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体
int a = 10;
int b = 20;
int& ra = a;//<====定义引用类型
ra = b;	// 对a进行赋值

6.3 常引用

常量与const修饰的变量的引用也要具有常性

void TestConstRef()
{const int a = 10;//int& ra = a; // 该语句编译时会出错，a为常量（权限不能放大）const int& ra = a;// int& b = 10; // 该语句编译时会出错，b为常量const int& b = 10;	//将b->10绑定(只能绑定常量),int&b = 10是错的int c = 10;const int& rc = c;  // 权限可以缩小double d = 12.34;//int& rd = d; // 该语句编译时会出错，类型不同const int& rd = d;  //与b同理
}

注意:
强制类型转换时会产生临时变量,再将临时变量赋值给指定值,而临时变量具有常性(如:数字10,字符’a’等);

double dd=11.1;
int ii=dd;
int& rii=dd;  //err
const int& crii=dd;   //right

6.4 使用场景

6.4.1 做参数

先看一段代码：

//C语言的传址调用
void Swap1(int* p1, int* p2) {int temp = *p1;*p1 = *p2;*p2 = temp;
}//C++的引用调用
void Swap2(int& rx, int& ry) {int temp = rx;rx = ry;ry = temp;
}int main()
{int x = 3, y = 6;Swap1(&x, &y); // C传参Swap2(x, y); // C++传参return 0;
}

这里引用就相当于再swap2的函数定义是，给参数用一个引用（起一个别名），引用的改变，原来的数也会改变

能明显发现，使用引用的方法，来替换指针的使用，能更方便一点
引用作参数使用场景

  1. 输出型参数
  2. 大对象/深拷贝对象 (提高效率)

6.4.2 做返回值

下面这段代码中，我们再func里面定义了一个变量，出了作用域，n会销毁，编译器这时会用一个临时变量来记录n的值，编译器创建的临时变量时被const所修饰的，最会将n的值赋值给ret

int func() 
{int n = 0;n++;return n;
}
int main()
{int ret = func();cout << ret << endl;ret = Cout();cout << ret << endl;return 0;
}

但如果我们返回的数据必须是被 static 修饰，或者是 动态开辟 的，再或者是 全局变量 等一些不会随着函数调用的结束而被销毁的数据，就可以使用引用做返回值

int& func() 
{static int n = 0;n++;return n;
}
int main()
{int ret = func();cout << ret << endl;ret = Cout();cout << ret << endl;return 0;
}

int& func() 
{static int n = 0;n++;return n;
}
int main()
{int& ret = func();//相当于int& a=b,&c=a;cout << ret << endl;ret = Cout();cout << ret << endl;return 0;
}

那么用引用返回有什么好处呢？

  • 用引用返回，就会避免编译器产生临时变量，如果你返回的是一个结构一个类，那么这个临时变量会变得很大，会降低代码的效率
  • 读写返回值

总结：

如果函数返回时，出了函数作用域，返回对象未销毁，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。

6.5 引用和指针的区别

  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

关键字：inline

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，内联函数会提升程序运行的效率。

普通函数：
请添加图片描述
内联函数：

请添加图片描述

C语言中的宏同样有内联函数的功能但是宏的缺点过于明显：

  1. 可读性差
  2. 宏由于类型无关，也就不够严谨。
  3. 宏可能会带来运算符优先级的问题，导致程序容易出现错。
  4. 宏是没法调试的。
  5. 内联函数继承了宏的优点的同时，又解决了宏的缺点，所以在平时尽量使用内联函数来替代宏。

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、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。

8.auto关键字

在早期，使用auto修饰的变量，是具有自动存储器的局部变量。

在C++11 中：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。

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。

8.1 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 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;
  1. 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。

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

8.2 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);
  1. uto不能直接用来声明数组
int a[] = {1,2,3};
auto b[] = {4，5，6};  // err

9.范围for

9.1 使用语法

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。

for (auto e : array)

9.2 使用条件

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。

void TestFor(int array[])	// 数组名传参会退化为首地址，找不到尾
{for(auto& e : array) 	// errcout<< e <<endl;
}

10.指针的空值nullptr

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)
{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。

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。

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