C++:前言与入门

前言：欢迎各位进入c++的学习与探讨，c++是c语言的升级与扩展。要想学精，难度也是非常大的。希望大家能循序渐进，保持这份热情，终有一天，我们会达到彼岸。

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。

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

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。

1. 正常的命名空间定义

2. 命名空间可以嵌套

3. 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。

 域分为：全局域 局部域 命名空间域 类域

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

命名空间一般用于全局变量，所以命名空间域是全局域中的某个锁定的域

命名空间使用

先定义一个命名空间N

1.加命名空间名称及作用域限定符
 

2.使用using将命名空间中某个成员引入

3.使用using namespace 命名空间名称 引入

using 实际上将锁定的全局变量给展开了，可以展开部分，也可以展开全部

::域作用限定符   空格+::+全局变量 代表使用的是全局变量

                           域+::+域中全局变量 代表使用的是域中全局变量

编译器搜索原则 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

嵌套命名空间的使用

先定义一个命名空间 bit

1.加命名空间名称及作用域限定符

2.使用using将命名空间中某个成员引入

3.使用using namespace 命名空间名称 引入

或者：

std是C++标准库的命名空间，如何展开std使用更合理呢？

1. 在日常练习中，建议直接using namespace std即可，这样就很方便。
2. using namespace std展开，标准库就全部暴露出来了，如果我们定义跟库重名的类型/对
象/函数，就存在冲突问题。该问题在日常练习中很少出现，但是项目开发中代码较多、规模
大，就很容易出现。所以建议在项目开发中使用，像std::cout这样使用时指定命名空间 +
using std::cout展开常用的库对象/类型等方式。 

C++输入&输出

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。
5. 实际上cout和cin分别是ostream和istream类型的对象，>>和<<也涉及运算符重载等知识，这些知识我们我们后续才会学习，所以我们这里只是简单学习他们的使用。后面我们还有有一个章节更深入的学习IO流用法及原理

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。

关于cout和cin还有很多更复杂的用法，比如控制浮点数输出精度，控制整形输出进制格式等，因为C++兼容C语言的用法，这些又用得不是很多，我们这里就不展开学习了。后续如果有需要，我们再配合文档学习。

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;
 
//在缺省参数是在声明或定义函数时为函数的参数指定一个缺省值。
//如Func函数，在定义时为形参a提供了默认实参，默认实参作为形参的初始值出现在形参列表中。
void Func(int a = 0)
{
	cout << a << endl;
}
 
int main()
{
	Func();//①没有传参时，使用参数的默认值
	Func(10);//②传参时，使用指定的实参
	return 0;
}

1、函数参数指定缺省值时，可以不传参(使用参数缺省值),也可以传参（使用指定的实参）。

2、函数参数没有指定缺省值时，必须传参。

缺省参数分类

全缺省参数

半缺省参数

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，存在函数声明时，只能在声明中出现。否则在定义中出现。

3.缺省参数赋值必须是从左往右依次来赋值，不能间隔着赋值

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）

1、详解编译+链接：

        程序的从源文件到执行程序，是经过翻译环境才到执行环境的，翻译环境又分为编译和链接。编译时源文件各走各的通过编译过程分别转化成目标代码，每个目标文件由链接器捆绑在一起，形成一个单一而完整的可执行程序。

        （1）编译又分为预编译、编译、汇编三个部分：①预编译时，它会完成头文件的包含（即：它会打开指定的头文件，并将其中的代码插入到包含该指令的源文件中，然后再进行编译）；②编译时进行语法分析、词法分析、语义分析、符号汇总，将C++代码转换成汇编代码；③汇编时生成符号表，把汇编代码转换成机器指令（二进制指令）。

        （2）链接（链接器）：把多个目标文件和链接库进行链接：①合成段位；②符号表的合并和重定位。

2、缺省参数一般在函数声明中指定缺省值，并将该声明放在合适的头文件中。因为编译时每个源文件都是独立转换为目标文件的，如果不在函数声明中指定缺省值在函数定义中指定缺省值，那么调用函数跟声明不匹配，编译时语法不通过，如果跟声明巧合匹配，那么是可以通过的。

根据汇编语言，我们调用函数会先找到这个函数的地址，call StackInit(地址)，然后再进入这个函数让CPU执行函数内的各项指令。编译时由于相互独立是没有函数的地址的，地址在定义里面，只能先跟声明进行匹配。

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。

（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;
}
int main()
{
	Add(10, 20);
	Add(10.1, 20.2);
	return 0;
}

（2）参数个数不同

#include
 
using namespace std;
 
void f()
{
	cout << "f()" << endl;
}
void f(int a)
{
 cout << "f(int a)" << endl;
}
 
int main()
{
	f();
	f(10);
	return 0;
}

1、调用重载函数时有三种可能的结果：

        （1）编译器找到一个与实参最佳匹配（匹配重载函数的顺序：首先寻找一个精确匹配，如果能找到，调用该函数；其次进行提升匹配，通过内部类型转换（窄类型到宽类型的转换）寻求一个匹配，如char到int、short到int等，如果能找到，调用该函数；最后通过强制类型转换寻求一个匹配，如int到double等，如果能找到，调用该函数。）的函数，并生成调用该函数的代码。

        （2）找不到任何一个函数与调用的实参匹配，此时编译器发出无匹配的错误信息。

        （3）有多于一个函数可以匹配，但是每一个都不是明显的最佳选择。此时也将发生错误，称为二义性调用。

2、尽管函数重载能在一定程度上减轻我们为函数起名字、记名字的负担，但是最好只重载那些确实非常相似的操作。

注意：

1、函数重载对返回值没有要求：返回值不同，其他所有要素（函数名、形参列表）都相同，不构成重载。

2、二义性调用：可构成重载函数，但是对于重载函数的调用不明确。

C++支持函数重载的原理--名字修饰

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

1. 实际项目通常是由多个头文件和多个源文件构成，而通过C语言阶段学习的编译链接，我们可以知道，【当前a.cpp中调用了b.cpp中定义的Add函数时】，编译后链接前，a.o的目标文件中没有Add的函数地址，因为Add是在b.cpp中定义的，所以Add的地址在b.o中。那么怎么办呢？
2. 所以链接阶段就是专门处理这种问题，链接器看到a.o调用Add，但是没有Add的地址，就
会到b.o的符号表中找Add的地址，然后链接到一起。
3. 那么链接时，面对Add函数，链接接器会使用哪个名字去找呢？这里每个编译器都有自己的函数名修饰规则。
4. 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。
5. 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】。

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。

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。

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的

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

 引用的本质

引用的本质就是一个指针常量

int &p === int * const p

 int a=1； int &p = a；=> int * const p = &a

结论：C++推荐用引用技术，因为语法方便，引用本质是指针常量，但是所有的指针操作编译器都帮我们做了。

C++编译器相较于C的编译器要为严谨，所以指针索引时无法暗度陈仓修改常量锁定值

使用场景

1. 做参数

2. 做返回值

返回n的未知别名，这个别名是什么由编译器确定我们不用管

 讨论：

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。
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。

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

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。

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。

3. 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

讨论：将函数体放在头文件中如何进行调用

函数放在头文件中，会被其他.c文件引用过去，从而会将函数重复定义，生成的符号表重复

1.static标识全局变量时,具有只在当前文件可见的链接属性,包含此文件时才能获得定义

2.inline标识函数，被其他.c文件引用过去时展开调用，没有地址,所以不会生成重复的符号表

auto关键字(C++11)

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。

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&

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。

auto不能推导的场景

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)

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

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
for循环迭代的范围必须是确定的
1.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。
2. 迭代的对象要实现++和==的操作

 

指针空值nullptr(C++11)

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。