【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)

目录

  • 命名空间
    • 命名空间定义
    • 命名空间使用
      • 指定命名空间访问
      • 全局展开
      • 部分展开
  • C++输入和 输出
  • 缺省参数
    • 缺省参数概念
    • 缺省参数分类
      • 全缺省参数
      • 半缺省参数
  • 函数重载
    • 函数重载概念
    • C++支持函数重载的原理--名字修饰(name Mangling)
  • 引用
    • 引用概念
    • 引用特性
    • 常引用
    • 使用场景
    • 引用和指针的区别
  • 内联函数
    • 概念
    • 特性
  • auto关键字(C++11)
    • 类型别名思考
    • auto简介
    • auto的使用细则
    • auto不能推导的场景
  • 基于范围的for循环(C++11)
    • 范围for的语法
    • 范围for的使用条件
  • 指针空值nullptr(C++11)
    • C++98中的指针空值

《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;
}

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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。
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#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. coutcin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
  1. 缺省值必须是常量或者全局变量
  2. 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
    【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)_第3张图片
    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
【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)_第4张图片
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

    【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)_第5张图片
    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”
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类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体;
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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
    【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)_第8张图片
  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;
}

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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?
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【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)_第11张图片

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

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;
}

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:
【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)_第12张图片
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

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
【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)_第13张图片
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:
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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;
}
  1. 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)
{}
  1. auto不能直接用来声明数组
void TestAuto()
{
    int a[] = {1,2,3};
    auto b[] = {456};
}
  1. 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
  2. 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:
【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)_第15张图片
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) 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

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