C++——入门知识点汇总（命名空间、缺省、重载、引用等）

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前言

本博客意在总结初学C++的一些基础知识，便于回顾与复习。

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一、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。

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C++发展至今，已发布过许多版本，其中两个版本需要特别注意：

1.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)
2.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。

二、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。

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2.1 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。如：

namespace S1 //S1为命名空间名称
{
	//命名空间中的内容，可定义变量，也可定义函数
	int a = 10;
	int Add(int x,int y)
	{
		return x + y;
	}
}

需注意：

• 命名空间可以嵌套——一个命名空间的{}内可以定义别的命名空间；
• 同一工程允许存在多个名称想同的命名空间，编译器最终会合成同一个命名空间中。

2.2 命名空间的使用

命名空间的使用方式有三种：

• 加命名空间名称及作用于限定符::

int main()
{
	printf("%d\n",S1::a);//S1为前面定义的命名空间名称
	return 0;
}

• 使用using将命名空间中成员引入

using S1::a
int main()
{
	printf("%d\n",a);//S1为前面定义的命名空间名称
	return 0;
}

• 使用using namespace引入命名空间名称

using namespace S1
int main()
{
   printf("%d\n",a);//S1为前面定义的命名空间名称
   return 0;
}

三、输入&输出

在C语言中，我们通常使用scanf & printf进行输入与输出，在C++中，我们当然也可以这么做，不过C++提出一种新的方式——cin & cout使我们的输入输出更加方便。

首先看一下C++的hello，world如何输出：

#include
using namespace std;

int main()
{
 cout<<"Hello world!!!"<<endl;//<<后为需要输出的内容，endl为换行符
 return 0; 
 }

注意：

1. 使用cout标准输出(控制台)和cin标准输入(键盘)时，必须包含< iostream >头文件以及std标准命名空间。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。
2. 使用C++输入输出更方便，不需增加数据格式控制，比如：整形–%d，字符–%c。

#include 
using namespace std;
int main()
{
 int a;
 double b;
 char c;
 
 cin>>a; //>>后为输入内容
 cin>>b>>c;
 
 cout<<a<<endl;
 cout<<b<<" "<<c<<endl;
 return 0; }

观察如上代码，可以发现任何类型的变量，直接输入/输出即可，不必关注变量类型。

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四、缺省参数

在C++中提出了缺省参数，思想类似于备胎…

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4.1 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，例：

void TestFunc(int a = 0) {
 cout<<a<<endl; }
int main()
{
 TestFunc(); // 没有传参时，使用参数的默认值
 TestFunc(10); // 传参时，使用指定的实参
}

4.2 缺省参数分类

1. 全缺省参数

顾名思义就是全部参数都有默认值啦（都是备胎）。如：

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

2. 半缺省参数

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

注意：

• 半缺省参数必须从右往左依次来给出，不能间隔着给；
• 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现（防止误导编译器）；
• 缺省值必须是常量或者全局变量；
• C语言不支持（编译器不支持）。

五、函数重载

5.1 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 顺序)必须不同，常用来处理实现功能类似数据类型不同的问题

int Add(int left, int right) 
{
	 return left+right; 
 }
double Add(double left, double right) 
{
	 return left+right; 
 }
 int main()
{
 Add(10, 20);
 Add(10.0, 20.0);
 return 0; 
 }

5.2 名字修饰

为什么C++支持重载而C语言不支持呢，原因在编译器函数名修饰规则不同。

在C/C++中，一个程序要运行起来，需要经历以下几个阶段：预处理、编译、汇编、链接。而在链接阶段，面对一个函数，连接器会根据函数名去寻找相应的地址，然后链接到一起。对于C语言，函数修饰后名字是不变的，然而连接器对于相同名字的函数该去链接哪个是没有办法判断的（同名函数无法区分），而对于C++来说，编译完成后函数名字的修饰会根据它的参数列表发生改变，不同的参数会被修饰为不同的名称，这样，链接时连接器就会根据不同的名称寻找相应的地址完成链接啦。

注意：

• 不同的系统下，名字修饰规则是不同的（如linux与windows）
• C++中函数重载底层的处理方法：C++利用命名倾轧技术改变函数名，区分参数不同的同名函数（编译阶段）。

六、引用

6.1 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。

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
 
 printf("%p\n", &a);
 printf("%p\n", &ra);
}

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的。

6.2 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。

6.3 常引用

观察如下代码：，可以发现，引用的类型必须和被引用类型一样。

void TestConstRef()
{
 const int a = 10;
 //int& ra = a; // 该语句编译时会出错，a为常量
 const int& ra = a;
 // int& b = 10; // 该语句编译时会出错，b为常量
 const int& b = 10;
 double d = 12.34;
 //int& rd = d; // 该语句编译时会出错，类型不同
 const int& rd = d;
  }

6.4 使用场景

6.4.1 做参数

void Swap(int& left, int& right) {
 int temp = left;
 left = right;
 right = temp; 
 }

6.4.2 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，如果返回对象还未还给系统，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。（传值时，创建无名临时空间来接受返回值）

6.4.3 变量，指针，数组的引用

//变量的引用
	int a = 1;
	int &b = a;
//指针的引用
	int *ptr = &a;
	int *&q = ptr;
//数组的引用
	int arr[n] = {1,2,3,4,5};
	int(&pa)[5] = arr;

6.5 效率比较

6.5.1 传值，传引用效率比较

以值作为参数或者返回值类型，在传参和返回期间，函数不会直接传递实参或者将变量本身直接返回，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，效率是非常低下的，尤其是
当参数或者返回值类型非常大时，效率就更低。

6.5.2 值和引用的作为返回值类型的性能比较

引用作为返回值比值作为返回值的效率好很多，但是如果返回值的生命周期受限则不能使用引用返回。

6.6 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。但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。

引用和指针的不同点

1. 引用在定义时必须初始化，指针没有要求
2. 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
3. 没有NULL引用，但有NULL指针
4. 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)
5. 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
6. 有多级指针，但是没有多级引用
7. 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
8. 引用比指针使用起来相对更安全

七、auto关键字

7.1 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。
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。

观察一段代码让我们更好的了解auto：

int TestAuto()
{
 return 10; 
 }
int main()
{
 int a = 10;
 auto b = a;
 auto c = 'a';
 auto d = TestAuto();
 
 cout << typeid(b).name() << endl;
 cout << typeid(c).name() << endl;
 cout << typeid(d).name() << endl;
 
 //auto e; 无法通过编译，使用auto定义变量时必须对其进行初始化
 return 0; 
 }

上面的代码部分，可以看到b，c，d的类型分别是int型，char型和 int型，在C语言中，初始化变量时我们必须得指明定义的变量的类型，但有了auto我们便可不再那样麻烦，它会自动推导auto表达式的实际类型并变换为实际类型，这就是auto的作用！

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。

7.2 auto的使用细则

7.2.3 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;
 auto& c = x;
 cout << typeid(a).name() << endl;
 cout << typeid(b).name() << endl;
 cout << typeid(c).name() << endl;
 }

7.2.4 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
}

7.3 auto不能推导的场景

1.auto不能作为函数的参数
2. auto不能直接用来声明数组
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C++11提供的新式for循环，还有lambda表达式等
进行配合使用