C++入门，一些C++基本概念介绍

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前言

1.C++关键字

1.1命名空间

1.2命名空间定义

1.3命名空间的使用

2.C++输入&输出

3.缺省参数

3.1缺省参数的概念

3.2缺省参数分类

4.函数重载

4.1函数重载的概念

5.引用

5.1 引用特性

5.2 常引用

5.3引用的使用场景

5.4引用和指针

6.内联函数

6.1内联的特性

7.宏

8.auto关键字（c++11）

8.1 auto的使用细则

9.基于范围的for循环（语法糖）

9.1范围for的语法

9.2范围for的使用条件

10.指针空值--nullptr(c++11)

总结

 

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前言

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，需要高度的抽象和建模时，C语言则不合适。C++是基于C语言产生的，它可以进行C语言的过程化程序设计，又可以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。

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1.C++关键字

C++总计63个关键字，如下图所示，具体用法可参考后续文章。

1.1命名空间

        在c/c++中，变量，函数和后面需要学的类都是大量存在的，这些变量，函数和类的名称都存在于全局作用域中，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，以避免命名冲突或者名字污染，namesapce关键字就是针对这种问题的。

1.2命名空间定义

        定义命名空间，需要使用namespace关键字，后面跟命名空间的名字，接一对{}即可，{}中即为命名空间的成员

1、正常的命名空间定义

namespace Queue{
    //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
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，编译器最后会合成在同一个命名空间中
    //test.h 
    namespace N1
    {
        ...
    }
    //test.cpp
    namespace N1
    {
        ...
    }
    
test.h和test.cpp中的两个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，命名空间中所有的内容都局限于该命名空间中。

1.3命名空间的使用

命名空间使用有三种方式：

1. 加命名空间名称以及作用域限定符
2. 使用using将命名空间中的某个成员引入
3. 使用using namespace 命名空间名称引入  

namespace byte
{
    int a = 0;
    int b = 1;
    int Add(int left,int right)
    {
          return left+right;
    }
    
    ...
}

int main()
{
    printf("%d" ,a);
}


1.加命名空间名称以及作用限定符
int main()
{
    printf("%d" ,byte::a);
}



2.使用using将命名空间某个成员引入
using byte::b;
int main()
{
    printf("%d" ,b);
}


3.使用using namespace 命名空间名称引入
using namespace N;
int main()
{
  
    printf("%d" ,a);
}

2.C++输入&输出

#include
using namespace std;

int main()
{
    cout<<"hello world!"<

说明：

1.使用cout标准输出对象（控制台）和cin标准输入对象时，比如包含头文件，以及按命名空间使用方法使用std;

2.<<是流插入运算符； >>是流提取运算符

3.cout和cin是全局的流对象，endl是特殊的c++符号，表示换行输出，都包含在iostream头文件中

4.使用c++输入和输出更方便，c语言中使用printf和scanf需要手动控制格式，c++可以直接自动识别变量类型

注意：早期标准库将所有功能在全局域下实现，声明在.h后缀的头文件中，使用时包含对应头文件即可，后来在std的命名空间下，和c头文件进行区分，规定c++头文件不带.h，推荐使用+std的方式

#incllude

using namespace std;

std命名空间的使用惯例：

std是c++标准库的命名空间

1.日常使用中，建议直接使用using namespcae std即可

2.using namespace std展开，标准库都暴露出来，自定义和库重名的类型/对象/函数就存在冲突问题，在开发项目中使用： std::cout; using std::cout展开常用的库对象/类型等方式

3.缺省参数

3.1缺省参数的概念

        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)
{
    count<

3.2缺省参数分类

• 全缺省参数

void Func(int a = 10 ,int b = 20, int c = 30)
{
    count<

• 半缺省参数

void Func(int a, int b = 10,int c = 20)
{
    cout<

注意：

1.半缺省参数必须从右往左依次给出，不能间隔给

int main()
{
    Fun(1);
    Func(1,2);
    Func(1,2,3);
    Fun(,20,)//err 
    //调用的时候赋值从左往右，缺省参数给的时候从右往左
}

2.缺省参数不能在定义和声明中同时出现

//如果声明和定义同时出现，两个位置提供的值不同，编译器无法确定使用哪个缺省值

4.函数重载

4.1函数重载的概念

       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，数据不同的问题。

#include
using namespcae stdl
//1.参数类型不同
int Add(int left,int right)
{
    return left+right;
}

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

//2.参数个数不同
void f（）
{
    count<<"f()"<

支持重载的原理：

        在c/c++中，一个程序运行起来需要：预处理，编译，汇编，链接

        

1.实际项目通常是由多个头文件和源文件组成，当前a.cpp中调用了b.cpp中定义的add函数时，编译后，链接前，a.o中目标文件没有add的函数地址，因为add是在b.cpp中定义的，在链接阶段处理这个问题，链接器看到a.o中调用add,但是没有add的地址，就会到b.o的符号表中找到add的地址，然后链接在一起

2.在链接时，面对add函数，去找这个函数名字(通过g++修饰的规则），编译器将函数参数类型信息添加到修改后的名字中

3.C++就是通过函数修饰来区分，只要参数不同，修饰出来的名字就不同，构成了函数重载。

4.如果两个函数，函数名和参数相同，但是返回值不同，无法构成重载，因为编译器无法区分。

5.引用

        引用不是定义了一个新变量，而是给已存在的变量取别名，编译器不会为引用变量开辟新的内存空间，它和它引用的变量共用一块内存。

void Test()
{
    int a = 10;
    int& ra = a;
}

//引用类型必须和引用实体是同种类型的

5.1 引用特性

• 引用在定义的时候必须初始化
• 一个变量可以有多个引用
• 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

5.2 常引用

void Test()
{
    const int a = 10;
    // int& ra = a ; err,a为常量
    const int & ra = a;

    //int& b  = 10 ; //err,b为常量
    const int& b = 10;
    

    double d = 13.15;
    //int & rd = d; //err 类型不同
    const int& rd = d;
}

5.3引用的使用场景

• 作参数（输出型参数，形参的改变影响实参）

    C语言中，如果使用一般形参，形参是实参的临时拷贝，则定义了指针去改变。c++中传引用。

void swap(int& r1, int&ra)
{
    ...
}

int main()
{
    int a = 0, b = 1;
    swap(a,b);
}


//递归里面，如果直接传变量，这层调用完，形参改变，
//并不会改变上一层的参数，这时候也可以使用引用

• 作为返回值

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

int Count()
{
    static int n = 0;  
 //无static n是临时变量，定义在count栈里面，出了作用域返回，
 //n不能直接给ret 此时count已经调用完成，栈帧销毁。 此时n给一个临时变量，这个临时变量作为函数的返回值 如果比较小，通常使用寄存器充当
//有static n 存在静态区，栈销毁不会影响n，n也会给一个临时变量作为返回值（不会把n直接给ret)
    n++;
    
    return n;
 }

int main()
{
    int ret = Count()
    return 0;
}

上述代码也有优化的空间，可以使用引用去作为返回值，减少拷贝。

出了作用域，它的声明周期还在，就可以使用传引用返回。

//传引用返回，产生了一个n的别名
int& Count()
{
    static int n = 0;
    n++;
    return n;
}

int main()
{
    int ret = Count();
    return 0;
}



struct Array()
{
    int a[10];
    int size;
 }AY;

//引用返回，1.减少了拷贝，返回了一个结构体的成员（出了作用域还在），
int& PosAt(AY &ay,int i)
{
    assert(i

总结：如果函数返回时，出了作用域，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，则必须使用传值返回。

传值，传引用效率比较：

        以值作为参数或者返回类型，在传参和返回期间，函数不会直接传递实参或者变量本身直接返回，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，效率很低，尤其当参数或者返回值类型非常大时，效率更低。

5.4引用和指针

1.在语法概念上，引用就是一个别名，没有独立空间，和其引用实体共用 一块空间，在底层实现上实际上是有空间的，因为引用是按照指针方式实现的。

2.引用是定义一个概念的别名，指针存储一个变量地址

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.引用在定义的时候必须初始化，指针没有要求

6.在sizeof中的含义不同：引用结果为引用类型的大小，但是指针始终是地址空间所占字节个数（32位下4个字节，64位下8个字节）

7.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

8.有多级指针，但是没有多级引用

9.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

10.引用比指针使用相对更安全

6.内联函数

       以inline修饰的函数叫做内联函数，编译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，内联函数提高了程序的运行效率。

6.1内联的特性

        1.inline是一种以空间换时间的做法，如果编译器将函数当做内联函数处理，在编译阶段，会以函数体替换函数调用，优点：少了调用开销，缺点：可能使目标文件变大

        2.inline对于编译器只是一个建议，不同编译器关于inline实现机制不同，一般建议：将函数规模较小，不是递归，且频繁的调用采用inline修饰，否则会忽略inline特性。

        3.inline不要声明和定义分离，分离会导致链接错误，因为inline被展开，没有函数地址了，链接就会找不到。

7.宏

#define N 10


int add(int a, int b)
{
    ...
}

#define Add x+y
#define Add ((x)+(y))

宏的优点：

1.增强代码的复用性

2.提高性能

宏的缺点：

1.不方便调试宏（在预编译阶段进行了替换）

2.导致代码的可读性差，可维护性差，容易误用

3.没有类型安全的检查

C++中可以替代宏：

1.定义常量 换用const,enum. 

2.短小函数换位inline

8.auto关键字（c++11）

     随着程序越来越复杂，程序中用到的类型也更复杂，经常体现在:

       1.类型难于拼写

        2.含义不明确导致错误

      auto 关键字 可以自动推导出变量的类型。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。

8.1 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*相同，但是auto在声明引用类型时，必须加&

int x = 10;
auto a = &x;
auto* b =&x;
auto&c = x;

2.在同一行定义多个变量

当在同一行声明多个变量的时候，这些变量必须是相同的类型，否则编译器会报错，因为编译器只对第一个类型进行推到，然后用推出来的类型定义其他变量

auto a = 1, b = 2;
auto c = 3, d = 4.0 //err

3.auto不能推的场景

• auto不能作为函数的参数
• auto不能用来声明数组

9.基于范围的for循环（语法糖）

9.1范围for的语法

//常规的for循环
void Testfor()
{
    int arr[] = {1,2,3,4,5};
    for(int i =0; i

对于一个有范围的结合，由程序员说明循环的范围是多余的，有时候还会出错，在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，第二部分是表示被迭代的范围

int arr[] = {1,2,3,4,5};
for(auto& e:array)
    e*=2;

for(auto e:array)
    cout<

9.2范围for的使用条件

1.for循环的迭代返回必须是已知的

2.迭代的对象要实现++和==的操作（后续迭代器中说明）

10.指针空值--nullptr(c++11)

        NULL实际上是一个宏，表示0，有时候初始化为null和0会有歧义，所以新定义了一个关键字nullptr(关键字）

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总结

本文主要讲了c++中的一些关键字和小知识点，能力有限，有错误请指正。