【C++】命名空间&&输入输出&&缺省参数&&函数重载

​ 作者：@阿亮joy.
专栏：《吃透西嘎嘎》
座右铭：每个优秀的人都有一段沉默的时光，那段时光是付出了很多努力却得不到结果的日子，我们把它叫做扎根

什么是C++

  C语言是结构化和模块化的语言，适合处理较小规模的程序。对于复杂的问题，规模较大的程序，需要高度的抽象和建模时，C语言则不合适。为了解决软件危机， 20世纪80年代， 计算机界提出了 OOP(object oriented programming：面向对象)思想，支持面向对象的程序设计语言应运而生。
 1982年，Bjarne Stroustrup博士在C语言的基础上引入并扩充了面向对象的概念，发明了一种新的程序语言。为了表达该语言与C语言的渊源关系，命名为C++。因此，C++是基于C语言而产生的，它既可以进行C语言的过程化程序设计，又可以进行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。

C++关键字(C++98)

C++总计 63 个关键字，而C语言只有 32 个关键字。下面是 C++的关键字，这些关键字会在后面的博客细讲。

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。

看一下下面的例子：

此时的变量名和stdlib头文件中的rand函数冲突了，此时我们可以借助 C++的命名空间来解决这个问题。

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。

此时，我们将整型rand定义在命名空间Joy中，这就不会和库函数中的rand函数产生命名冲突了。一般来说，在开发中是用项目名字作为命名空间的名字。需要注意的是，上面程序打印的值是rand函数的地址，而不是我们定义的整型变量rand的值。那为什么会这样呢？这时候，我们就需要编译器的查找规则。

编译器的查找规则：编译器首先在局部域中找，如果在局部域中找不到，编译器就会去全局域中找。全局域中有在预处理时展开的头文件，那么编译器就在全局域中找到了rand，然后打印rand函数的地址。值得注意的是：如果在全局域中还找不到的话，编译器也不会去命名空间中找。

命名空间中，除了可以定义变量，还可以函数、结构体和命名空间嵌套定义等等。

namespace N1
{
	// 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;
	};
}

// 命名空间可以嵌套
namespace N2
{
	int a;
	int b;
	int Add(int left, int right)
	{
		return left + right;
	}
	namespace N3
	{
		int c;
		int d;
		int Sub(int left, int right)
		{
			return left - right;
		}
	}
}

当一个工程文件中存在着多个相同名称的命名空间，编译器最后会将里面的内容合并在同一个命名空间中。见下面的例子：

// test.h中的命名空间N1
namespace N1
{
	int Mul(int left, int right)
	{
		return left * right;
	}
}

// test.cpp中的命名空间N1
namespace N1
{
	int Add(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。

现在，我们已经知道了命名空间的概念了。那如何去使用命名空间里的成员呢？我们来学习一下。

命名空间使用

以下面的命名空间N为例，我们来学习命名空间的三种使用方式。

namespace N
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	int Add(int left, int right)
	{
		return left + right;
	}

	struct Node
	{
		struct Node* next;
		int val;
	};
}

命名空间的三种使用方式

• 加命名空间名称及作用域限定符
  
  
  
  
• 使用using将命名空间中某个成员引入
  
  
  
  
• 使用using namespace 命名空间名称 引入
  
  

C++输入&&输出

在上面讲到了命名空间可以放变量和函数的定义等等，其实 C++ 标准库的定义实现也是放在命名空间中的，这个命名空间就是std。其实这么做也是为了避免命名冲突，还可以起到保护的作用。

因为 C++标准库的定义实现都是放在命名空间中的，所以我们使用这些函数也要遵循命名空间的使用规则。

那我们现在就来用 C++ 来写一下经典的代码hello world吧！

知道了如何用 C++写hello world，那么我们就来学如何读取输入数据。

C++ 中的输入和输出可以自动识别类型，这是相较于C语言中scanf和printf的优势。不过想要用cout和cin控制浮点数输出精度，控制整形输出进制格式等等，这就会比较复杂了。这时候，我们就可以结合着 C语言来使用，就是那个使用起来方便就使用哪一个。见下图：

注意：以上的将命名空间的内容展开这种使用方式是简单了，但是标准库就全部暴露出来了，就有可能存在命名冲突问题。不过，我们在日常练习或者写小程序的时候可以这样写，但是在项目里最好不要用。除了将命名空间全部展开，我们还可以将常用的指定展开，如using std::cout，只需要注意定义变量或者函数的时候避免命名冲突就可以了。

说明：

• 使用cout标准输出对(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。
• 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。
• <<是流插入运算符，>>是流提取运算符。
• 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。
• 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+std的方式。

缺省参数

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。

这是什么意思呢？请看下方代码：

#include 
using namespace std;

// 缺省参数
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;
}

缺省参数分类

• 全缺省参数

#include 
using namespace std;

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

int main()
{
	Func();
	Func(1); // 传给第一个
	Func(1, 2); // 传给第一个和第二个
	Func(1, 2, 3);
	//Fun(1, , 3); // 错误的调用方式

	return 0;
}

• 半缺省参数

#include 
using namespace std;

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

int main()
{
	Func(1);

	return 0;
}

有了缺省函数，我们就可以有下面的玩法了。

#include 
struct Stack
{
	int* a;
	int top;
	int capacity;
};

void StackInit(struct Stack* ps, int defaultCP = 4)
{
	ps->a = (int*)malloc(sizeof(int) * defaultCP);
	assert(ps->a);
	ps->top = 0;
	ps->capacity = defaultCP;
}

int main()
{
	// 不知道要插入多少数据
	struct Stack st1;
	StackInit(&st1);

	// 知道要插入100个数据
	struct Stack st2;
	StackInit(&st2, 100);
}

注意

• 半缺省参数必须从右往左连续缺省，不能间隔缺省
• 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现。如果声明与定义位置同时出现，恰巧两个位置提供的值不同，那编译器就无法确定到底该用那个缺省值。
• 缺省值必须是常量或者全局变量
• C语言不支持（编译器不支持）

函数重载

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。

参数类型不同

#include 
using namespace std;

int Add(int left, int right)
{
	return left + right;
}

double Add(double left, double right)
{
	return left + right;
}

int main()
{
	cout << Add(1, 2) << endl;
	cout << Add(1.1, 2.2) << endl;

	return 0;
}

这也是 C++ 相较于 C语言的优势，其实就是编译器能够自动识别类型，本质就是函数重载支持。

个数不同

#include 
using namespace std;

void f()
{
	cout << "f()" << endl;
}

void f(int a)
{
	cout << "f(int a)" << endl;
}

int main()
{
	f();
	f(1);

	return 0;
}

顺序不同

#include 
using namespace std;

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()
{
	f(0, 'A');
	f('A', 0);

	return 0;
}

注意：顺序不同是形参类型顺序不同，以下的代码不是顺序不同，并不构成函数重载。

void f(int b, int a)
{
	cout << "f(int b, int a)" << endl;
}

void f(int a, int b)
{
	cout << "f(int a, int b)" << endl;
}

含数重载与缺省参数

#include 
using namespace std;

// 构成函数重载
void f()
{
	cout << "f()" << endl;
}

void f(int a = 0, char b = 1)
{
	cout << "f(int a, char b)" << endl;
}

int main()
{
	f(10);
	f(10, 20);

	return 0;
}

注意：以上的函数构成函数重载，但是调用f()会报错，存在歧义。

C++支持函数重载的原理

为什么C++支持函数重载，而C语言不支持函数重载呢？

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。C /C++在编译链接的时候，会生成符号表。不过 C语言 和 C++ 生成的符号表是不一样的。C语言的符号表直接是函数名+地址，而 C++ 的符号表是经过修饰后的函数名+地址。所以 C语言不会支持同名函数，也就是不支持函数重载，而 C++是支持函数重载的。

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。

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。而不同的编译器下，函数名的修饰规则可能会不一样。

Windows下名字修饰规则

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。

相信大家都知道函数名修饰规则，那我问大家一个问题：. 如果两个函数函数名和参数是一样的，返回值不同是否构成函数重载。相信很多同学可能会说构成函数重载，因为我们只需要在函数名前面加上函数的返回值类型标识就好了。其实这不是真正的原因，就算函数名修饰时加上函数的返回值类型也会出现问题，因为在调用函数的时候没有办法指定函数的返回值类型。

函数名和参数是一样的，返回值不同的函数不构成重载的真正原因并不是函数名修饰规则，而是调用时的二义性，调用时不指定函数的返回值类型，无法区分调用哪一个函数。

总结

在本篇博客里，我们学习了C++的命名空间、输入和输出、缺省参数以及函数重载。这也意味着我们已经步入了C++，希望我们一起努力吃透C++。以上就是本篇博客的全部内容了，如果大家觉得有收获的话，可以点个三连支持一下！谢谢大家啦！❣️