【C++】入门-----(命名空间，C++cout和cin,缺省参数,函数重载, 引用,内联函数,auto,for,空值指针)

《C++入门》本章的主要介绍的内容是C++对于C语言的一些不足和缺陷，做的弥补。

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。

我们自己定义和库里面的名字冲突

#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;
}

C语言规定：

1. 同一个域里面不能有同名的变量。
2. 不同的域里面能有同名的变量

不同的域不会冲突
f1函数中的a是局部域，函数调用时会建立栈帧，生命周期会随着栈帧的结束而结束

#include
#include 
int a = 2;//全局变量

void f1()
{
	int a = 0;//局部变量
	printf("%d\n", a);//当全局变量与局部变量冲突时，局部变量优先，所以打印0
	//当你想访问全局的变量时
	printf("%d\n", ::a);//::域作用限定符
	//左::a   左边为空代表全局，从全局中找，如果全局找不到就报错
	
}

int main()
{
	printf("%d\n", a);
	f1();
	return 0;
}

局部域和全局域会影响使用和生命周期
项目组，多个人之间定义的名字冲突

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。

//AQueue 和 BList 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
// 命名空间中可以定义变量/函数/类型
//Queue.h
//小A实现
namespace AQueue
{
	struct Node
	{
		struct Node* next;
		int val;
	};

	struct Queue
	{
		struct Node* head;
		struct Node* tail;
	};

	int min = 0;
}
namespace BList
{
	int min = 0;
}

//List.h
//小B实现
namespace BList
{
	struct Node
	{
		struct Node* next;
		struct Node* prev;
	};
}
namespace AQueue
{
	int min = 0;
}
//test.cpp
#include "List.h"
#include "Queue.h"

namespace whd
{
	namespace List
	{
		struct Node
		{
			struct Node* next;
			struct Node* prev;
		};

		int min = 0;
	}

	int min = 0;
}

int main()
{
	//命名空间 -- 命名空间域,只影响使用，不影响生命周期
	struct AQueue::Node node1;
	//小A和小B实现的Node命名冲突了，所以要在Node的前面加上，查找的区域限定名称
	struct BList::Node node2;
	
	//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。
	AQueue::min++;
	BList::min++;
	// 命名空间可以嵌套
	struct whd::List::Node node2;
	whd::List::min++;
	whd::min++;
	
	return 0;
}

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

命名空间使用

指定命名空间访问

#include 
int a = 2;
void f1()
{
	int a = 0;
	printf("%d\n", a);
	printf("%d\n", ::a);//指定空间访问
}
namespace whd
{
	int Add(int left, int right)
	{
		return left + right;
	}
	int x = 0;
}
int main()
{
	int size = whd::Add(1 , 1); //指定命名空间访问
	std::cout << size << std::endl;
	std::cout << whd::x << std::endl;//指定命名空间访问
	
	return 0;
}

全局展开

一般情况，不建议全局展开的，在项目中不建议这样使用，这种方法多在自己练习中使用。

#include 
using namespace std;//c++中的标准库都用命名空间std包住了
using namespace whd;//展开whd的命名空间中的所以函数和变量
namespace whd
{
	int Add(int left, int right)
	{
		return left + right;
	}
	int x = 0;
}
int main()
{
	int size = Add(1, 1);
	cout << size << endl;
	cout << x << endl;

	return 0;
}

部分展开

#include 
using std::cout;
using std::endl;
using whd::Add;
using whd::x;

namespace whd
{
	int Add(int left, int right)
	{
		return left + right;
	}
	int x = 0;
}
int main()
{
	int size = Add(1 , 1); 
    std::cout << size << endl;
    //using影响的是编译时的查找规则,命名空间还在，填上也不会报错。
	cout << x << endl;
	
	return 0;
}

using关键字，影响的是编译时的查找规则，如果没有展开默认是在全局找，你把它展开了，编译时就会去你展开的命名空间中去查找。

C++输入和 输出

新生婴儿会以自己独特的方式向这个崭新的世界打招呼，C++刚出来后，也算是一个新事物,那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;
}

说明：

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

#include 
using namespace std;
int main()
{
	int a;
	double b;
	char c;
	// 可以自动识别变量的类型
	cin >> a;
	cin >> b >> c;
	cout << a << endl;
	cout << a << '\n';
	// endl == '\n'
	cout << b << " " << c << endl;
	return 0;
}

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。

#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;
}

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;
	cout << endl;
}

int main()
{
	Func(1);
	Func(1,2);
	Func(1,2,3);
	Func();

	//下面演示的是错误的写法
	//Func(,,3);
	//Func(,2,3);
	//Func(,2,);
	return 0;
}

半缺省参数

#include 
using namespace std;

//void Func(int a, int b = 10, int c = 20)//半缺省参数
void Func(int a, int b, int c = 20)//半缺省参数
{
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl;
}

int main()
{
	Func(1, 2);
	Func(1, 2, 3);
	
	return 0;
}

注意：

1. 使用缺省值，必须从右向左连续使用，不能间隔使用
2. 半缺省参数必须从右往左依次来给出，不能间隔着给
3. 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。
  //注意：缺省值给的都是10，也会报错
  //改正
   void Func(int a = 10);
  
  // a.cpp
  void Func(int a )
 {}
 //在项目中只能在声明时给缺省参数，不能同时给如果.h不给.cpp给，.h就没有缺省值，怎办可以当缺省函数调用

4. 缺省值必须是常量或者全局变量
5. C语言不支持（编译器不支持）

函数重载

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。

#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;
}

C++的函数重载是在编译阶段进行处理，不会影响运行速度。要是与C语言相比的话，只会在编译阶段有所区别，因为C++在编译阶段对函数名做了一些修饰。

C++支持函数重载的原理–名字修饰(name Mangling)

由于Windows下vs的修饰规则过于复杂，而Linux下g++的修饰规则简单易懂，下面我们使用了g++演示了这个修饰后的名字。

• 采用C语言编译器编译后结果
  
  结论：在linux下，采用gcc编译完成后，函数名字的修饰没有发生改变。
• 采用C++编译器编译后结果

通过下面我们可以看出gcc的函数修饰后名字不变。而g++的函数修饰后变成【_Z+函数长度+函数名+类型首字母】 如果是指针的话就在类型的首字母的前面加P。

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。

• 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。

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。
如果两个函数函数名和参数是一样的，返回值不同是不构成重载的，因为调用时编译器没办法区分。就算是如果将返回值也加入函数修饰规则中，调用时编译器也没办法区分，你调用时也不用写函数的返回值。

引用

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。
比如：李逵，在家称为 “铁牛”，江湖上人称 “黑旋风”

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
	//char& rra = a;   这种写法是错的
	cout<< &a << endl;
	cout << &ra << endl;
}

注意：

1. 引用类型必须和引用实体是同种类型的。
2. 也可以给别名起别名

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

常引用

权限可以保持和缩小，但是不能放大。

void TestConstRef()
{
    const int a = 10;
    //int& ra = a;   //该语句编译时会出错，权限放大，a只能读，别名ra变成了可读可写了
    const int& ra = a;
    // int& b = 10; // 该语句编译时会出错，10为常量，权限放大
    const int& a = 10;
}

类型转换包括强制类型转换和隐式类型转换都会产生临时变量的，临时变量变量具有常性，rd就成为临时变量的别名，所以加上const 编译器就不报错了。 std:: cout << (double)i << std::endl;首先int i = 0;i是int 类型，就像前面的不是将 i 的类型转变了，只是将产生的临时变量转换成double类型。

使用场景

1. 做参数

void Swap(int& x, int& y)//该语句编译时没事
{
	int temp = x;
	x = y;
	y = temp;
}

int main()
{
	int x = 1;
	int y = 2;
	//int& x = x;  该语句编译时会出错
	Swap(x, y);
	return 0;
}

同一作用域不可以重名，不同的作用域可以重名。比如形参和实参可以名字相同，因为它们不在同一作用域。
2. 做返回值

int Count()
{
	int n = 0;
	n++;
	
	return n;
}

int main()
{
	int temp = Count();

	return 0;
}

Count函数调用创建栈帧时的返回值会创建一个具有常属性临时变量，然后将具有常属性赋值给变量temp.

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

int main()
{
	int temp = Count();

	return 0;
}

这个函数调用和上面的调用的一样。它不会因为n是在静态区而不创建临时变量的，编译器是傻瓜使的。如果是类的话返回时会进行深浅拷贝。

改进

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

int main()
{
	int temp = Count();

	return 0;
}

首先局部静态变量n,不会随者栈帧的销毁而销毁，这样才能返回n的别名，就不会创建临时变量了。

下面代码输出什么结果？为什么？

注意：

1. 函数调用返回时，的返回值如果空间小的话临时变量 就会通过寄存器进行返回，如果大的话会在main函数的栈帧空间里开辟一块空间。
2. 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。

引用和指针的区别

在语法概念上引用就是一个别名，没有独立空间，和其引用实体共用同一块空间。

int main()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;
	cout << "&a = " << &a << endl;
	cout << "&ra = " << &ra << endl;
	return 0;
}

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。

int main()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;

	ra = 20;
	int* pa = &a;

	*pa = 20;
	return 0;
}

我们来看下引用和指针的汇编代码对比：

引用和指针的不同点:

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

内联函数

C++的内联函数是用了替换C语言的宏

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。

inline int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}

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

内联说明只是向编译器发出的一个请求，编译器可以选择忽略这个请求。

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

首先编译器在识别到内联函数时展开，内联函数不进符号表，程序在编译的时候，头文件展开，头文件中只有声明没有定义，在链接时编译器会给函数一个地址，但是内联函数不给地址，所以在链接时报错了。

auto关键字(C++11)

类型别名思考

随着程序越来越复杂，程序中用到的类型也越来越复杂，经常体现在：

1. 类型难于拼写
2. 含义不明确导致容易出错

#include 
#include 
#include 

int main()
{
	std::map<std::string, std::string> m;
	std::map<std::string, std::string>::iterator it = m.begin();
	auto ip = m.begin();//auto 编译器自动推导类型
	return 0;
}

std::map::iterator 是一个类型，但是该类型太长了，特别容易写错。聪明的同学可能已经想到：可以通过typedef给类型取别名。使用typedef给类型取别名确实可以简化代码，但是typedef有会遇到新的难题：

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， 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。

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。

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;//这种写法直接限定auto的类型为int类型
	auto& c = x;//这种写法直接限定auto的类型为int类型
	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，必须类型相同
}

auto不能推导的场景

1. auto不能作为函数的参数

// 此处代码编译失败，auto不能作为形参类型，因为编译器无法对a的实际类型进行推导
void TestAuto(auto a)
{}

2. auto不能直接用来声明数组

void TestAuto()
{
    int a[] = {1,2,3};
    auto b[] = {4，5，6};
}

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。

基于范围的for循环(C++11)

范围for的语法

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。

void TestFor()
{
	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };

	for (auto& e : array)
		e *= 2;

	//自动依次取数组中数据赋值给e对，自动判断结束
	for (auto e : array)
		cout << e << " ";
}

注意：与普通循环类似，可以用continue来结束本次循环，也可以用break来跳出整个循环。

范围for的使用条件

1. 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[])//这里是指针不是数组
{
    for(auto& e : array)//只有数组允许for(auto& e : 数组)，指针不可以这样用
        cout<< e <<endl;
}

指针空值nullptr(C++11)

C++98中的指针空值

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：

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。
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。

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。