【C++初阶】C++入门一（命名空间、输入&输出、缺省参数、函数重载等）

（1）前言

C++是C语言的继承，兼容绝大多数C的语法，在其基础上增加了一些语法，一般是为了解决C语言做不到的事情、修改不够好的地方

• 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言。为了表达该语言与C语言的渊源关系，命名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++的发展史

最重要的两个版本	内容
C++98	C++标准第一个版本，绝大多数编译器都支持，得到了国际标准化组织(ISO)和美国标准化协会认可，以模板方式重写C++标准库，引入了STL(标准模板库)
C++11	增加了许多特性，使得C++更像一种新语言，比如：正则表达式、基于范围for循环、auto关键字、新容器、列表初始化、标准线程库等

• C++的应用领域

1. 操作系统以及大型系统软件开发
2. 服务器端开发
3. 人工智能
4. 网络工具
5. 游戏开发
6. 嵌入式领域
7. 数字图像处理
8. 分布式应用
9. 移动设备

• 学习C++：建议不要把「精通C++」作为一个一年目标，应该要把学习语言作为一个持续的过程，同时要把语言运用在具体的应用场合中。

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（2）C++关键字（C++98）

• C++共有63个关键字，其中有32个关键字是我们在学习C语言时就见过的
• 在接下来的学习过程中，学到某个关键字时再展开细讲

asm	do	if	return	try	continue
auto	double	inline	short	typedef	for
bool	dynamic_cast	int	signed	typeid	public
break	else	long	sizeof	typename	throw
case	enum	mutable	static	union	wchar_t
catch	explicit	namespace	static_cast	unsigned	default
char	export	new	struct	using	friend
class	extern	operator	switch	virtual	register
const	false	private	template	void	true
const_cast	float	protected	this	volatile	while
delete	goto	reinterpret_cast

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（3）命名空间

• C语言中存在的一个问题

在不同的作用域，我们可以定义同名的变量；在同一作用域，不能定义同名的变量。

所以在一个大项目中，多个人分工写代码，最后合在一起时，你写的代码和我写的代码中的命名可能会冲突，我们写的代码中的命名又可能会和标准库里的冲突。

假如张三写了个函数取名为 Add，我也写了个函数，取名也为 Add，代码合在一起时，可能会引起命名冲突等等。

• 举例说明

如果没有包含 stdlib.h 头文件，代码可以正常运行；

但包含之后，因为 stdlib.h 库中有一个叫 rand 函数，全局变量 rand 与其冲突了。

#include
#include /*rand*/

int rand = 10;  //全局变量rand

int main()
{
	printf("%d\n", rand);  //error: "rand"重定义，以前的定义是"函数"

	return 0;
}

• C++提出了命名空间来解决命名冲突的问题

在C/C++中，变量、函数和类都是大量存在的，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。

命名空间相当于一个域，把各自写的东西隔起来。

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1）命名空间的定义

• 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。

• 注意：一个命名空间代表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。

• 命名空间的普通定义

//命名空间的普通定义
namespace L1  //L1为命名空间的名称
{
	//命名空间中可以定义变量/函数/类型
	int a = 10;
	
	int Add(int x, int y)
	{
		return x + y;
	}

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

• 命名空间的嵌套定义

//命名空间的嵌套定义
namespace L2
{
	int a = 10;

	namespace L3  //嵌套定义一个名为L3的命名空间
	{
		int b = 20;
		int sub(int x, int y)
		{
			return x - y;
		}
	}
}

• 同一个工程中允许存在多个相同名称的命名空间，编译器最后会合成到同一个命名空间中（所以相同名称的命名空间中不能出现同名的变量/函数/类型，否则会引起冲突）

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2）命名空间的使用

//定义一个命名空间N1
namespace N1
{
	int a = 10;
	int b = 10;

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

命名空间的使用有三种方式：

• 全部展开到全局，就可以直接使用（使用 using namespace 将命名空间名称引入）

// 优点：用起来方便
// 缺点：把自己的定义暴露出去了，导致命名污染
//using namespace std;  //std是包含C++标准库的命名空间

using namespace N1;
int main()
{
	Add(1, 2);
	return 0;
}

• 访问命名空间中的成员时，加命名空间名称及作用域限定符

// 优点：不存在命名污染
// 缺点：用起来麻烦，每个都需要去指定命名空间

int main()
{
	printf("%d\n", N1::a);
	N1::Add(1, 2);
	return 0;
}

• 使用 using 将命名空间中常用的成员引入

// 优点：不会造成大面积的命名污染，又可以把常用的给展开
// 这是一个折中的解决方案

using N1::Add;  //命名空间N1中Add函数和变量a用的非常多，将其展开到全局
using N1::a;

int main()
{
	printf("%d\n", a);
	Add(1, 2);
	return 0;
}

• 补充一点：命名空间 std 的规范使用

C++把标准库里面的东西都放到命名空间 std 中，所以在实际开发中，为了避免你自己写的变量/函数/类型等等与标准库中的冲突，建议不要把命名空间 std 直接展开到全局，而是把常用的展开就行，一般规范的写法为：

#include
//using namespace std;  //不要将std直接展开到全局

//把常用的展开就行
using std::cout;
using std::endl;

int main()
{
	cout << "hello world" << endl;
	return 0;
}

如果是日常练习，就不需要像上面这么规范，直接展开用

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（3）C++的输入&输出

C语言有自己的输入输出函数 scanf 和 printf，那么C++也有自己独特的输入输出方式，cin 标准输入流和 cout 标准输出流，必须包含 头文件和 std 标准库命名空间。

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。

使用C++输入输出更方便，它可以自动识别变量的类型，不需增加数据格式控制，比如：整形–%d，字符–%c

#include
using namespace std;  //C++标准库

int main()
{
	int a;

	cin >> a;  // >> 输入运算符/流提取运算符
	cout << a; // << 输出运算符/流插入运算符
	cout << endl;  //换行，等价于 cout << '\n';

	return 0;
}

• 注意：C++中的浮点数，当小数点后数字超过 5 位时，cout 规定输出的是小数点后 5 位，如果想要实现浮点数的格式化输出，那就建议用 printf 来输出，使用一定要灵活变通。

  

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（4）缺省参数

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默认值。**在调用该函数时，如果没有指定实参则采用该默认值，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，使用指定的参数

	return 0;
}

• 缺省参数的使用

以前入栈时必须得判断一下容量是否为0，若为0，给capacity赋一个初始值，但赋的这个初始值没办法灵活的去控制，有了缺省参数，我们就可以根据需要，来控制初始容量。

#include
using namespace std;

//定义一个顺序栈
struct Stack
{
	int* a;
	int top;
	int capacity;
};

//初始化栈，给栈容量设置一个默认值4
void StackInit(struct Stack* ps, int DefaultCapacity = 4)
{
	ps->a = (int*)malloc(sizeof(int) * DefaultCapacity);
	ps->top = -1;
	ps->capacity = 0;
}

//入栈
void StackPush(struct Stack* ps)
{
	if (ps->top == ps->capacity + 1)
	{
		ps->capacity *= 2;
		//......
	}
	//......
}

int main()
{
	//假如我明确知道这里至少要存100个数据到st1中去
	struct Stack st1;
	StackInit(&st1, 100);

	//假如我不知道要存多少个数据到st2中去
	struct Stack st2;
	StackInit(&st2);

	return 0;
}

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2）缺省参数的分类

• 全缺省参数

#include
using namespace std;

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

int main()
{
	//调用全缺省参数的函数方式很灵活
	Func();
	Func(1);
	Func(1, 2);
	Func(1, 2, 3);

	return 0;
}

• 半缺省参数

#include
using namespace std;

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

int main()
{
	//调用半缺省参数的函数
	Func(1);       //1传给a
	Func(1, 2);    //1传给a，2传给b
	Func(1, 2, 3); //1传给a，2传给b，3传给c

	return 0;
}

• 总结

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（建议声明的时候给缺省参数，定义的时候就不要给了）

//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。

//test.h
void Func(int a = 10);

//test.c
void Func(int a = 20)
{
	//......
}

3. 缺省值必须是常量或者全局变量

//不能这样给缺省值
void Func(int a, int b = x);//error

4. C语言不支持缺省参数（编译器不支持）

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（5）函数重载（很重要）

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。

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！”

可以看出，同一句话，可能有多重意思。

• 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 / 类型 / 顺序）必须不同，常用来处理实现功能类似但数据类型不同的问题。

int Add(int a, int b)
{
	return a + b;
}

double Add(double a, double b)
{
	return a + b;
}

long Add(long a, long b)
{
	return a + b;
}

int main()
{
	Add(10, 20);
	Add(10.0, 20.0);
	Add(10L, 20L);  //L表示该常数是以长整型方式存储，long
	return 0;
}

• 思考

• 编译器能不能实现函数名相同，参数相同，返回值不同来构成函数重载？

结论：不能实现，无法重载仅按返回值类型区分的函数。

int func();    ->  _Z3ifunc
double func(); ->  _Z3dfunc

如果把返回值带进名字修饰规则，那么编译器层面是可以区分的。

但是语法调用层面，无法根据参数列表确定调用哪个重载函数，甚至带有严重的歧义！

比如这条语句 func(); ，调用时，这里是要调用哪一个呢？

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（6）extern “c”

C++编译器能识别C++函数名修饰规则，也能识别C的函数名修饰规则。

• 我们在C++项目开发中，可能会用到一些第三方的库，有些是纯C实现的库（动态库/静态库），它里面的函数名修饰规则是C的，而C++是兼容C的，C++编译器直接按照C的修饰规则去调用。

• 但如果是纯C的项目，用到C++实现的库（动态库/静态库），比如：tcmalloc是google用C++实现的一个库，他提供 tcmallc() 和 tcfree() 两个接口来使用（更高效，替代malloc和free函数），这个库可以给C++项目用，但不能给C项目用，会存在链接失败，因为C编译器无法识别C++的修饰规则。

• 如果想要给C用，需要将C++库中的部分函数按照C的风格来编译，在函数前加 extern "C"，意思是告诉编译器，将该函数按照C的修饰规则来编译。

extern "C" void Add(int a, int b);

• 总结

1. C++项目可以调用C++的库，也可以调用C的库。

2. C的项目可以调用C的库，如果要调用C++的库，需要在该函数前加上 extern "C"。

• 思考题

1. 下面两个函数能形成函数重载吗？——> 不能

   void Func(int a = 10)
   {
   	cout << "Func(int)" << endl;
   }
   void Func(int a)
   {
   	cout << "Func(int)" << endl;
   }
   

2. C语言中为什么不能支持函数重载？

   ——> C和C++编译器的函数名修饰规则不一样，C编译器直接拿函数名在目标文件里面充当函数名和函数地址的映射，所以在链接的时候，是拿函数名去目标文件里面去找，函数名相同，虽然参数不同，但不知道找的是谁。

3. C++中函数重载底层是怎么处理的？

   ——> C++编译器不直接拿函数名去找，而是拿修饰后的函数名去找，参数不同修饰后的函数名就不同，就能够找到。

4. C++中能否将一个函数按照C的风格来编译？

   ——> 能，在函数前加上 extern "C"

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未完待续，下一篇，我们将学习C++中最重要的一个知识之一，引用 …… 一起期待吧！