欢迎来到C++专栏~~C++的入门
- (꒪ꇴ꒪(꒪ꇴ꒪ ),我是Scort
- 博客主页:张小姐的猫~江湖背景
- 快上车,握好方向盘跟我有一起打天下嘞!
- 送给自己的一句鸡汤:
- 集中起来的意志可以击穿顽石
- 作者水平很有限,如果发现错误,可在评论区指正,感谢
- 欢迎持续关注!
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。熟悉C语言之后,对C++学习有一定的帮助,本文的主要目标
- 补充C语言语法的不足,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。
- 为后续类和对象学习打基础。
C++总计63
个关键字,C语言32
个关键字
ps:下面我们只是看一下C++有多少关键字,不对关键字进行具体的讲解。后面我们学到以后再细讲。
本文会将会提及————
定义的rand函数
与库中的rand函数
发生了命名冲突,这时的编译器该找哪个呢?命名冲突情况的发生
对此C++对这个进行了优化——提出了命名空间
命名空间
其中namespace
是一个域
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include
#include
namespace bit//一个名为bit的域
{
int rand = 0;
}
int main()
{
printf("%d\n",rand);
return 0;
}
因为变量的访问是从:局部——⚡全局
那么我们该怎么样访问命名空间
里的变量呢?
::
printf("%d\n",bit::rand);//作用域的限定
1. 命名空间中可以定义变量/函数/类型
namespace bit
{
//变量
int rand = 10;
//函数
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
//类型
struct Node
{
struct Node* next;
int val;
};
}
访问如下⚡
bit :: rand =50;
bit :: Add(1,2);
struct bit :: Node next
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;
}
}
}
访问如下⚡
N1 :: Add(1,2);
N1 :: N2::Sub(2,2);
test.h:声明
namespace N1
{
int Mul(int left, int right)
{
return left * right;
}
}
test.cpp :定义
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;
}
}
}
最后test.cpp
和test.h
会合并在一起
(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)
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
命名空间中成员该如何使用呢?比如:
命名空间的使用有三种方式:
名字
+::
int main()
{
printf("%d\n", N::a);
return 0;
}
::
前指定作用域,能很好的隔离using N::b;
int main()
{
printf("%d\n", N::a);
printf("%d\n", b);
return 0;
}
常用的项
,其他的不展开using namespce N;
int main()
{
printf("%d\n", N::a);
printf("%d\n", b);
Add(10, 20);
return 0;
}
自己用很爽,一起用不建议
std命名空间的使用惯例:✅
直接using namespace std
即可,这样就很方便。std::cout
指定命名空间 + using std::cout
展开常用的库对象/类型等方式。C++是否也应该向这个美好的世界来声问候呢?我们来看下C++是如何来实现问候的
#include
// 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;
}
< iostream >头文件
以及按命名空间使用方法使用std。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。<<
是流插入运算符,>>
是流提取运算符。举例子:
int main()
{
//特点:自动识别类型
int i;
double d;
// >> 流提取:提取数据放到i、d中 in代表提取、c代表控制台
cin >> i >> d;//
// << 流插入:提取到的数据插入到控制台里
cout << i << endl;
//cout << d << '\n'; //endl 代表换行 等价与“\n”
cout << d << endl;
//关于精度的c++太麻烦,c++可以兼任c的,所以还是可以用c的
return 0;
}
结果如下:
究竟是使用C还是cpp的输入输出方式,取决于哪个更加方便❓
cout和cin也可以控制输出数据的精度、按照格式去输出进制格式等,但是实现起来比较复杂,主要是因为C++兼容C语法,这些用的又不是很多,就不展开学习了。后续如果有需要,再配合文档学习一下。
>>
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
格式,后续编译器已不支持,因此推荐使用 的方式。
+std
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。(省流:没有实参就取缺省值)
#include
using namespace std;
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;
}
1. 全缺省参数
//全缺省参数
void TestFunc(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{
cout << "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;
cout << "c = " << c << endl << endl;
}
int main()
{
TestFunc();// 没有传参时,使用参数的默认值
TestFunc(1);//从左往右给,传给第1个参数,第2、3个参数缺省用默认值
TestFunc(1, 2); // 传参时,使用前两个指定的实参
TestFunc(1, 2, 3); //都使用指定实参
//TestFunc(,,1);这样不可以,也没有为什么,因为语法是规定死的,我们只能学习,不能更改人家规定
return 0;
}
从左向右依次给
,很多人会好奇为什么要这样,但是要注意的是我们是在学习别人的语法,在用别人规定好的东西,我们当然可以吐槽什么的,但是如果不想用这种语法,完全可以去开发一种语言比如X语言?从右往左依次
来给出,不能间隔着给,看下面的例子//半缺省
void TestFunc(int a, int b = 10, int c = 20) //必须从右往左连续缺省,不能间隔
{
cout << "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;
cout << "c = " << c << endl <<endl;
}
int main()
{
//要传的放在前边,爱传不传的放在后边
TestFunc(1);//这第一个参数必须传
TestFunc(1, 2);
TestFunc(1, 2, 3);
//不能这样TestFun(,,1) 原因很简单,因为这不叫C++
return 0;
}
3. 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现,推荐放在声明里 声明是大哥(好比不知道是妈妈当家说话还是爸爸当家说话一样哈哈哈)
举例:
#include
#include
struct Stack
{
int* a;
int top;
int capacity;
};
//部分缺省
void StackInit(struct Stack* ps,int capacity = 4)
{
ps->a = (int*)malloc(sizeof(int)*capacity);
ps->top = 0;
ps->capacity = capacity;
}
int main()
{
struct Stack st;
StackInit(&st);//不知道栈最多存多少数据,就用缺省值初始化
StackInit(&st, 100);//知道我一定会插入100个数据,就可以显示传参数100,提前开好空间,插入数据避免扩容,这样可以减少增容次数,提高效率
return 0;
}
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。
比如: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。一个是乒乓球,一个是男足。前
者是“谁也赢不了!”,后者是“谁也赢不了!”
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
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;
}
结果如下:
下面思考一下这两个函数支持冲载吗?
short Add(short left, short right)
{
return left + right;
}
int Add(short left, short right)
{
return left + right;
}
答案:❌不能,函数重载和返回值不同没有关系❗ 是与参数的不同有关,这里不要搞混了哈
函数重载的意义就是让用的很方便,就像在用同一个函数一样
这部分要单独写一篇文章,8月中更新,不鸽
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);
}
通过监视窗口我们可以看到—— a和b的地址相同
所以我们知道原来引用只是对原来的空间起了个“花名”
注意:引用类型必须和引用实体是同种类型的
int main()
{
// 一个变量可以有多个引用 —— 好比一个人可以有很多个外号一样
int a = 0;
int& b = a; //引用, 在类型和变量之间
int& c = a;
int& d = b;
}
思考 b是x的别名呢? 还是x赋值给b呢?
int main()
{
int a = 10;
int& b = a;
int x = 20;
b = x;
return 0;
}
通过调试后看到,很明显是赋值了,地址都没改动
我们知道,const修饰只读,引用修饰读和写
const引用
const int a = 10;//只读
int& b = a;//编译器报错 - 权限扩大 - int可读可写
int c = 10;//可读可写
const int& d = c;//d是c的别名,缩小成只读 —— 权限缩小
const int a = 10;
const int& b = a;//权限不变
接下来再看看这个例子⚡
int main()
{
int ii = 1;
double dd = ii;
//int& rdd = ii; //编译出错
const double& rdd = ii; //编译通过
return 0;
}
隐式类型转换会产生临时变量(有常属性相当于const
)因为不能发生权限变大,引用要加上const
小小的总结:const
有很强的接收度(const type&)——通吃,可以接收任意类型的对象
✨const的权限放大和缩小只在指针和引用奏效
因此,如果使用若函数中不改变参数n,那么建议使用const &传参
涉及到权限不能放大的问题
void fun2(const int& n)
void Swap(int& r1, int& r2)
{
int tmp = r1;
r1 = r2;
r2 = tmp;
}
int main()
{
int x = 10;
int y = 20;
//这里相当于把本身传了过去
Swap(x, y);//传引用
printf("a = %d,b = %d\n", x, y);
return 0;
}
上述的调用方法就是在传引用做输出型参数, r1,r2就是x,y的别名
这样不就是指针的用法吗?
我们举个例子:
以SListPushBack这个函数为例传引用
来改造一下,其中phead是plist的别名,改变phead就是在改变plist,这样就没有指针那样“复杂”
传值返回:生成一个返回对象的copy作为函数调用的返回值
我们平时见的最多的就是传值返回
特点:返回值是在函数栈桢销毁之前,copy
一份放在临时变量中,所以Count里的是n的拷贝
如果是static ,变量就会被放在静态区、栈帧都在堆区,但是编译器没有这么聪明,他还是会copy一份
按照上面的动画演示来看,Count栈帧都已经销毁了,仍然取n的返回值,那如果n被清成随机值?很明显有问题
传引用返回:返回n(返回对象)的别名
int& Count()
{
int n = 0;
n++;
// ...
return n;
}
int main()
{
int ret = Count();
return 0;
}
传引用返回,return c; 即是返回c的引用,ret就是c的别名(引用)。
❌你看出来这段代码是有问题的了吗?因为引用返回的这种返回方式,并没有生成c的拷贝(引用这样减少拷贝[大对象 + 深拷贝对象],可以很好的提高性能),而是直接返回c的引用,作为ret的别名。然而Add函数栈桢已经销毁了,还回去访问c的空间,就发生了非法访问(越界)
但我们发现还是能正常打印,越界就一定报错吗,犯罪一定会被抓吗?
随机值
(取决于编译器)引用返回
;如果已经还给系统了(局部变量),则必须使用传值返回
,不能返回局部变量的引用(随机值)所以在日常中很少使用传引用返回,但是在类和对象中有大用途,后面慢慢讲
为此我们还可以把 n 置为全局变量 :+static
int& Count()
{
static int n = 0;//static
n++;
// ...
return n;
}
int main()
{
int ret = Count();
cout << ret << endl;
return 0;
}
例:我们改一个函数加深一下对传引用返回的好处
int& SLAt(SL& s, int pos)
{
assert(pos >= 0 && <= s.size);
return s.a[pos];
}
我们调用这个函数,销毁函数之后,sl
的空间不会被销毁,因为sl是malloc出来的,所以是在堆
上的
总结:
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,对比来看,引用可以提高能效
话不多说下面我们来测试一下:
#include
//全局变量
struct A { int a[10000]; };
void TestFunc1(A a) {} //传值 ~ 生成拷贝
void TestFunc2(A& a) {}//引用别名
void TestRefAndValue()
{
A a;
// 以值作为函数参数
size_t begin1 = clock();
for (size_t i = 0; i < 100000; ++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 < 100000; ++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;
}
调用10000次的结果⚡
以下的建议不要背,要去理解,理解透了看一眼就好⚡
了解一下即可,用的时候不要想底层实现
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
我们来看下引用和指针的汇编代码对比:
发现是引用和指针在底层实现是一样的,但语法上不一样
好比同一条流水线生产出来的鞋子,一种卖1000块钱,一种卖100块,但解刨来看居然是同一家厂商做出来的哈哈哈生动吧 这样就好理解了
我们对于短小的函数(1~10行) 频繁的调用就要不断开创栈帧,这些都是有消耗的,那么我们怎么样优化呢?
C语言:宏 C++:内联函数(inline)
我们知道C++是大佬觉得c语言写的不够好才创出了内联
接下来我们先回顾一下宏:
#define ADD(a,b) ((a)+(b))//要注意每一个括号的含义
int main()
{
cout << ADD(1, 2) << endl;
return 0;
}
//括号用的场景
// ADD(1, 2) * 3;// ((1)+(2))*3 外面的括号
// ADD(x | y, x & y);// ((x | y)+(x & y)) 里面的括号————运算符的优先级
优点:增强代码的复用性、 提高性能。
缺点:
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
查看方式:
可以看见内联函数,没有调用而是直接展开
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
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(取决于编译器内部实现)。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。
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,一般建议在定义中放内联
// F.h
#include
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
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,大家可思考下为什么?
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
可以自动推导类型
ps: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。
auto声明引用类型时则必须加&
int main()
{
int x = 10;
auto a = &x; //int*
auto* b = &x; //int* 强调一定要传指针
auto& c = x; //int 强调c是一个引用 c是x的别名
cout << typeid(a).name() << endl;
cout << typeid(b).name() << endl;
cout << typeid(c).name() << endl;
*a = 20;
*b = 30;
c = 40;
return 0;
}
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
}
void TestAuto(auto a)
{}
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。
在C++98中如果要遍历一个数组,可以按照以下方式进行:
int main()
{
int arr[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for (int i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
{
cout << arr[i] << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}
C ++ 的大佬又看不惯上面的方法,开创了范围for,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。
看下面的代码:范围for:自动依次取arr的数据,赋值给e,并且自动迭代,自动判断结束
//C++11
int arr[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for (auto e : arr)
{
cout << e << " ";
}
那么我们怎么样给改变数组的元素呢?
int main()
{
int arr[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for (auto e : arr)
{
e++;
}
for (auto e : arr)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}
发现数组元素并没有发生改变
对此我们可以现学现卖——引用,e就是arr数组中每个元素的别名
注意:以下代码就有问题,因为for的范围不确定
void TestFor(int arr[])
{
for(auto& e : arr)
cout<< e <<endl;
}
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;
// ……
}
但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。
这就是因为在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
。
为了补上这个坑,我们就不再使用null了,用nullptr
int* p3 = nullptr;
注意:
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。