C++学习_初阶（一）——C++入门

1 基础知识

1.1 C++输入输出

#include
using namespace std;
int main()
{
     
cout<<"Hello world!!!"<<endl;
return 0;
}

1. 使用cout标准输出(控制台)和cin标准输入(键盘)时，必须包含< iostream >头文件以及std标准命名空间。
2. 使用C++输入输出更方便，不需增加数据格式控制，比如：整形–%d，字符–%c

1.2 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默认值。在调用该函数时，如果没有指定实参则采用该默认值，否则使用指定的实参。

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

2 命名空间

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。

2.2 命名空间使用

命名空间的使用有三种方式：

• 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将命名空间中成员引入

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

3 函数重载

3.1 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 顺序)必须不同，常用来处理实现功能类似数据类型不同的问题。

4 引用

4.1 引用概念

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);
}

1. 变量的引用

char ch = 'A';
char &c = ch;

2. 指针的引用

int *pa = &a;
int * &qa = pa;

3. 数组的引用

int arr[10] = {
     0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};
int (&br)[10] = ar;

4.2 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
   

3. 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

int x = 1;
int &a = x;
&a = y; //这条语句是错误的

4.3 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;
}

4.4 使用场景

1. 做参数

void Swap(int& left, int& right)
{
     
int temp = left;
left = right;
right = temp;
}

2. 做返回值

int& Count()
{
     
static int n = 0；
n++;
// ...
return n;
}

4.5 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。

#include 
struct A{
      int a[10000]; };
void TestFunc1(A a){
     }
void TestFunc2(A& a){
     }
void TestRefAndValue()
{
     
A a;
// 以值作为函数参数
size_t begin1 = clock();
for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
TestFunc1(a);
size_t end1 = clock();
// 以引用作为函数参数
size_t begin2 = clock();
for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
TestFunc2(a);
size_t end2 = clock();
// 分别计算两个函数运行结束后的时间
cout << "TestFunc1(A)-time:" << end1 - begin1 << endl;
cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;
}

4.5.2 值和引用的作为返回值类型的性能比较

#include 
struct A{
      int a[10000]; };
A a;
// 值返回
A TestFunc1() {
      return a;}
// 引用返回
A& TestFunc2(){
      return a;}
void TestReturnByRefOrValue()
{
     
// 以值作为函数的返回值类型
size_t begin1 = clock();
for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
TestFunc1();
size_t end1 = clock();
// 以引用作为函数的返回值类型
size_t begin2 = clock();
for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
TestFunc2();
size_t end2 = clock();
// 计算两个函数运算完成之后的时间
cout << "TestFunc1 time:" << end1 - begin1 << endl;
cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;
}

通过上述代码的比较，发现传值和指针在作为传参以及返回值类型上效率相差很大。

4.5 引用和指针的区别

引用和指针的不同点:

1. 引用在定义时必须初始化，指针没有要求
2. 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
3. 没有NULL引用，但有NULL指针
4. 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)

#include
using namespace std;


void main()
{
     
	int a[10] = {
      0 };
	int (&c)[10] = a;
	cout << sizeof(c) << endl;

	int p = 10;
	int* pb = &p;
	cout << sizeof(pb) << endl;

	double b = 10;
	double* qb = &b;
	cout << sizeof(qb) << endl;
}

5. 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
6. 有多级指针，但是没有多级引用

#include
using namespace std;


void main()
{
     
	int a = 10;
	int* p = &a;
	int** pp = &p;//有多级指针

	int& ra = a;
	int&& rra = ra;//没有多级引用
}

7. 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
8. 引用比指针使用起来相对更安全

5. 内联函数

5.1 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，没有函数压栈的开销，内联函数提升程序运行的效率。

5.2 特性

1. inline是一种以空间换时间的做法，省去调用函数额开销。所以代码很长或者有循环/递归的函数不适宜使用作为内联函数。
2. inline对于编译器而言只是一个建议，编译器会自动优化，如果定义为inline的函数体内有循环/递归等等，编译器优化时会忽略掉内联。
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。

6. auto关键字(C++11)

6.1 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，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;
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。

6.2 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。

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
}

6.3 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
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。

7. 基于范围的for循环(C++11)

7.1 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

7.2 范围for的使用条件

• 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。
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)
cout<< e <<endl;
}

8. 指针空值nullptr(C++11)

8.1 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;
// ……
}

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。