【C++】初步认识基于C的优化
C++祖师爷在使用C语言时感觉到了不方便的一些点，于是一步一步改进优化，最后形成了C++
本文将盘点一下基于C的语法优化
目录
- 命名空间：
-
- 命名空间定义：
- 命名空间使用：
- C++输入&输出：
-
- cout：
- endl：
- cin：
- 缺省函数：
-
- 全缺省函数：
- 半缺省函数：
- 函数重载：
-
- 背后的原理：
- 引用：
-
- 引用的概念：
- 引用特性：
- 常引用：
- 使用场景：
- 引用与指针的区别：
-
- 语法上：
- 底层上：
- 内联函数：
-
- 概念：
- 特性：
命名空间：
我们在C语言中学过，对于一个变量有全局域与局部域
那么对于一个变量的搜索的原则：
编译器是从局部到全局的的过程寻找，没有就会报错
先来看这样一段代码：
#include 运行时并不会报错，但是在包含头文件#include 后
原因：
由于展开头文件后有rand函数与我们定义的全局变量在全局域重名了，造成报错
这就引出了命名空间域的概念
在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。
在C++中，不仅有命名空间域，还有类域（本文不做讨论）
C++中搜索的原则：
不指定域：1、当前局部域 2、全局域
指定域 3、如果指定了，直接去指定域搜索
命名空间定义：
- 命名空间中可以定义变量,函数与类型:
namespace test
{
//
int rand = 10;
int Add(int x, int y)
{
return x + y;
}
struct Node
{
struct Node* next;
int val;
};
}
- 命名空间可以嵌套：
namespace test
{
int rand = 10;
namespace _test
{
int Add(int x, int y)
{
return x + y;
}
}
}
- 同一个工程中允许存在多个命名空间，最后会合并到一个命名空间中
命名空间使用：
这就要引出作用域限定符的概念了::
共有三种使用场景：
注意：
当::左值为空时，为指定全局去寻找，会跳过局部域
- 加命名空间名称及作用域限定符
namespace test
{
int rand = 10;
}
int main()
{
printf("%d\n", test::rand);
return 0;
}
优缺点：
这种使用方式安全，但过于麻烦
- 使用using namespace 命名空间名称 引入
namespace test
{
int rand = 10;
}
using namespace test;
int main()
{
printf("%d\n", rand);
return 0;
}
优缺点：
这种使用方式有隐患：
就比如上图代码这种场景下namespace就失去了意义
但胜在方便，我们平时做练习时只要避免重名就可以使用，但是做项目时是不可以展开的
那有没有推荐的一种呢
- 使用using将命名空间中某个成员引入
我们不将命名空间全部展开，只引入部分成员
using std::cout;
using std::endl;
int main()
{
int val = 10;
cout << val << endl;
return 0;
}
我们可以将iostream中常用的部分展开
C++输入&输出：
对于C++的输入输出在这里我们只能浅显认识，只知道怎么使用就可以了
cout：
相当于C语言的printf
我们可以理解cout就像是我们的控制台， << 像是水流，
感性的理解就像是我们将想要输出的内容流向控制台
int main()
{
cout << "hello world\n";
return 0;
}
也支持多次写入
endl：
endl可以理解为一个换行
int main()
{
cout << "hello world" << endl;
return 0;
}
cin：
相当于我们的C语言的scanf
感性的理解就像是我们将想要输入的内容从控制台流入目标变量
int a = 0;
int b = 10;
cin >> a >> b;
//scanf("%d%d", &a, &b);
这两行代码可以达到一样的效果
优缺点：
无需类型的识别
对于小数精度的控制有些麻烦，可以直接使用printf进行替代
缺省函数：
缺省函数是什么呢
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;
}
为什么会有这个概念呢？
假设我们有个场景，当前我们有个顺序表
A需要100个字节空间，但是B只要4个字节空间
若按照C语言的方法100字节空间的需要频繁扩容，影响效率，而使用缺省函数便可以解决这方便困扰
typedef struct SeqList
{
int* a;
int size;
int capacity;
}SeqList;
void InitList(SeqList* list, int cy = 4)
{
list->a = NULL;
list->capacity = cy;
list->size = 0;
}
int main()
{
//需要100字节的
SeqList list1;
InitList(&list1, 100);
//需要4字节的
SeqList list2;
InitList(&list2);
return 0;
}
缺省函数也有分类
全缺省函数：
意味着每一个参数都是缺省的
void Func(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{
cout<<"a = "<<a<<endl;
cout<<"b = "<<b<<endl;
cout<<"c = "<<c<<endl;
}
半缺省函数：
意味着只有部分参数时缺省的
void Func(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
第二个注意点是什么意思呢？
例如在test.cpp：int func(int x = 10)
head.h：int func(int x = 10)
在声明与定义分离的情况下，会出现报错
正确写法：
test.cpp：int func(int x）
head.h：int func(int x = 10)
那么可不可以如下所示呢？
test.cpp：int func(int x = 10）
head.h：int func(int x)
但是否定的，原因在于我们在预处理时会展开头文件，编译时会检查你使用的函数有没有声明或定义，若是使用缺省函数，就会产生找不到声明的情况，最终导致报错
函数重载：
重载的大白话就是重名函数，
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背后的原理：
我们在实际的项目工程中会有多个头文件和源文件，
在程序的翻译过程中汇编阶段会形成每个项目文件相应的符号表，
由于我们在链接前都没有sum函数真正的地址，故需要再链接时去到对应的文件符号表去寻找合并，而C语言在形成符号表时是以函数名形成的，因为同名函数没办法区分，并不能应对函数重载的的机制。
而C++为了对应此问题将产生的符号表以使用前缀+函数名+变量名第一个字符构成，这样就能应对函数重载的问题
另外：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。
引用：
引用的概念：
C语言的灵魂是指针，那么C++有没有能与之相应的功能呢？
答案是引用。
语法：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);
}
我们对a变量引用，得到ra变量，都进行&打印得到相同的地址，故引用
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。
引用特性：
- 引用在定义时必须初始化
- 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
void TestRef()
{
int a = 10;
// int& ra; // 该条语句编译时会出错
int& ra = a;
int& rra = a;
printf("%p %p %p\n", &a, &ra, &rra);
}
常引用：
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;
}
使用场景：
- 做参数：
void Swap(int& left, int& right)
{
int temp = left;
left = right;
right = temp;
}
- 做返回值：
int& Count()
{
static int n = 0;
n++;
// ...
return n;
}
int& Add(int a, int b)
{
int c = a + b;
return c;
}
int main()
{
int& ret = Add(1, 2);
Add(3, 4);
cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <<endl;
return 0;
}
注意：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。
引用与指针的区别：
语法上：
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;
}
底层上：
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：
那么引用可以代替指针吗？
答案是否定的。
例如在双向链表的场景中：我们要删除一个节点，因为引用是不能改变指向的。
更详细的一点说：当第一个next为下一个节点地址的引用时，如果我们要更改next，实际上是在修改下一个节点的地址，由于地址是个常量，不能被修改最终导致报错
总结：
- 语法上引用是别名，不开空间；指针是变量，需要开空间
- 引用必须初始化；指针可以不初始化
- 引用不可以改变指向；指针可以改变指向
- 引用更安全，很少出现野引用的现象；指针相比之下更危险，会有野指针，空指针的出现。
- sizeof ++ 解引用等方面的区别。
注意：
底层上引用就是指针
内联函数：
在C语言的学习中，我们学习过宏，但是宏有比较多的缺点。
宏的缺点：
1、语法复杂，坑很多，不容易控制
2、不能调试
3、没有类型安全的检查
但是有时候宏又会很好用，在执行一些代码很短但又需多次调用的会很依赖。
概念：
所以有了内联函数的概念，他的用法与函数一样，但是会按函数中你定义的逻辑在你调用的地方展开（减少栈栈帧创建的过程），与宏函数直接替换是不一样的
使用时用inline修饰函数即可
特性：
- 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。
- 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。下图为
《C++prime》第五版关于inline的建议：
- 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。
// F.h
#include 关于最后一点，还有部分扩展。
当我们函数定义没有分离，都在F.h中时；
int Add(int x, int y)
{
return x + y;
}
若我们在别的源文件#include，会报重定义的错误，
原因在于头文件在预处理会展开，汇编时生成的符号表会由于函数相同而造成部分符号表相同，链接时就会报重定义的错误。
那么解决办法呢？
- 声明定义分离，这个就不过多解释了
- 使用static修饰，会改变当前函数在当前文件的链接属性，使得这个函数只能在本源文件内使用，不能在其他源文件内使用。
- 使用inline修饰，与static同理