C++入门基础

1. 前言(从C到C++)

我们前面一段时间已经比较系统的学习了C语言的知识，从现在开始，我们将要进入C++的学习，本篇博客我们主要的内容是了解一下什么是C++和一些C++的基础知识。

1.1 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。

1.2 C++的发展历史

1979年，贝尔实验室的本贾尼等人试图分析unix内核的时候，试图将内核模块化，于是在C
语言的基础上进行扩展，增加了类的机制，完成了一个可以运行的预处理程序，称之为C with classes
语言的发展就像是练功打怪升级一样，也是逐步递进，由浅入深的过程。我们先来看下C++的历
史版本

1.3 C++的重要性

在编程语言30多年的发展中，C/C++几乎一致稳居前5,作为一名老牌语言的常青树，C++一直霸占编程语言前5名，肯定有其存在的价值。 所以这样的语言肯定是值得我们去学习的。 现在就让我们开始吧！

2. C++ 基础知识

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，本博客主要内容：

1. 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。
2. 为后续类和对象学习打基础。

2.1 C++关键字(C++98)

C++总计63个关键字，C语言32个关键字。

2.2 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。

我们看以下场景：
rand是C语言的一个库函数。

#include 
#include 
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);
return 0;
}
// 编译后后报错：error C2365: “rand”: 重定义；以前的定义是“函数”

而我们如果使用了命名空间就可以避免这样的问题

接下来我们详细介绍命名空间。

2.2.1 命名空间的定义和使用

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。
定义举例：

// zha123是命名空间的名字，一般开发中是用项目名字做命名空间名。

// 1. 正常的命名空间定义
namespace zha123
{
	 // 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;
	 };
 }
//2. 命名空间可以嵌套 如N1中嵌套了N2
// 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;
   	 	 }
	 }
}
//3. 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。
// 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
// 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

使用举例：

namespace zha123
{
	 // 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;
	 }
}

我们拿该命名空间举例,有以下三种方法:

//1. 加命名空间名称及作用域限定符
int main()
{
    printf("%d\n", zha123::a);
    printf("%d\n", zha123::b);
    return 0;    
}
//2.使用using将命名空间中某个成员引入
using zha123::b;
int main()
{
    printf("%d\n", zha123::a);
    printf("%d\n", b);
    return 0;    
}
//3. 使用using namespace 命名空间名称 引入
using namespce zha123;
int main()
{
    printf("%d\n", a);
    printf("%d\n", b);
    printf("%d\n", Add(12,23));
    return 0;
}

2.3 C++输入和输出(Hello World！)

#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;
}

需要注意以下几点：

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。

我们现在只需要知道如何使用cout和cin即可，后续再深入学习。

2.4 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。

2.4.1 缺省参数的分类(全缺省和半缺省)

//全缺省
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
 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

//a.h
  void Func(int a = 10);
// a.cpp
  void Func(int a = 20);
  // 注意：如果申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哪个缺省值。

3. 缺省值必须是常量或者全局变量

2.5 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。
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;
}

2.6 引用

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。

2.6.1 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

2.6.2 常引用

2.6.3 引用的一些使用场景(做参数，做返回值)

//做参数
void Swap(int& left, int& right)
{
   int temp = left;
   left = right;
   right = temp;
}
//做返回值
int& Count()
{
   static int n = 0;
   n++;
   // ...
   return n;
}

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。

2.6.4 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

2.7 内联函数

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。
特点：

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。

// 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*/

2.7.1 内联函数和宏

宏的优缺点？
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. 常量定义 换用const enum
2. 短小函数定义 换用内联函数

3. 总结

看完本篇博客的内容，我们大概对C++有了一些认识，但是离完全使用C++编写程序的路还有一定距离。所以大家需要脚踏实地，一步步慢慢来。
最近这几个月一直没有更新，主要就是寒假摆烂了很久，事情越堆越多，处理了很久，好在现在已经解决的差不多了，之后会稳定的更新内容的。大家一起加油！