【C++】入门

结束数据结构初阶的学习后，很高兴继续学习C++，欢迎大家一起交流~

目录

C++关键字

命名空间

命名空间定义

命名空间使用

C++输入&输出

缺省参数

缺省参数概念

缺省参数分类

函数重载

函数重载概念

C++支持函数重载的原理--名字修饰

引用

引用概念

引用特性

常引用

使用场景

传值、传引用效率对比

引用和指针的区别

内联函数

概念

特性

auto关键字（C++）

auto简介

auto使用细则

auto不能使用的场景

基于范围的for循环(C++11)

范围for的语法

指针空值

---

C++关键字

C++总计63个关键字，C语言32个关键字

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。

#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;
}
// 编译后后报错：error C2365: “rand”: 重定义；以前的定义是“函数”

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（可任意取），然后接一对{}即可，{} 中即为命名空间的成员。

#include 
#include 
namespace bit1
{
	int rand = 10;
	int x = 32;
	int Add(int left, int right)
	{
		return left + right;
	}

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

namespace bit2
{
	int x = 23;
}

int main()
{
	printf("%d\n",bit1::x);
	printf("%d\n", bit2::x);
	printf("%d\n", bit1::Add(bit1::x, bit2::x));

	struct bit1::Node head;

	return 0;
}

在这段代码中，::叫做域作用限定符，比如，bit1::x就是表示去bit1这个命名空间中去找变量x，bit1::Add(bit1::x, bit2::x))就是去bit1这个命名空间中去找Add这个函数，Add函数的两个参数分别是bit1中的x和bit2中的x。

using namespace ghs;

这行代码中ghs是一个命名空间，作用是展开命名空间，展开后ghs这个命名空间中的变量相当于全局变量。

这里补充一下编译器搜索原则：

不指定域：首先去当前局部域搜索 ，找不到再去全局域搜索

指定域：如果指定了，直接去指定域搜索

上面这张图很形象地解释了不同域之间的关系，局部域相当于自己家的菜地鱼塘，全局域相当于野生菜地池塘，命名空间域相当于张大爷在全局域（野生菜地鱼塘）中圈出一片菜地鱼塘。

命名空间使用

加命令空间名称及作用域限定符

int main()
{
	printf("%d\n",N::a);
	return 0;
}

使用using将命名空间中某个成员引入

using N::b;
int main()
{
	printf("%d\n",N::a);
	printf("%d\n", b);
	return 0;
}

使用using namespace命名空间名称引入

using namespace N;
int main()
{
	printf("%d\n", a);
	printf("%d\n", b);
	return 0;
}

C++输入&输出

对于我们刚接触C++语言的人来说，先要看看怎么实现输入输出的：

#include 
using namespace std;

int main()
{
	
	cout << "Hello World!!!" << endl;
	return 0;
}

其中，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。

对于这段代码，我们有如下说明：

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. 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。

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。

void Func(int a = 0)
{
	cout << a << endl;
}

int main()
{
	Func(1);//传参时，使用默认的实参值
	Func();//没有传参时，使用默认的参数值

	return 0;
}

缺省参数分类

全缺省参数

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

半缺省参数

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

需要注意的是：

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，只能在函数声明中给，而不能在定义中给

3.缺省值必须是常量或者全局变量
4. 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++支持函数重载的原理--名字修饰

为什么C++支持函数重载，而C语言不支持函数重载呢？

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】。

采用C语言编译器编译后结果

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++语言编译器编译后结果

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。

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。

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"。

引用的语法规则：

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；

int main()
{
	int a = 0;
	int& b = a;//定义引用类型
	cout << b << endl;
	cout << a << endl;
	return 0;
}

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

void TestRef()
{
	int a = 10;
	// int& ra; // 未初始化，该条语句编译时会出错
	int& ra = a;//多次引用
	int& rra = a;
	printf("%p %p %p\n", &a, &ra, &rra);
}

常引用

常引用，就是被引用（被起小名）的变量被const修饰或者为常值时，引用也需要加const修饰。

void ConstRef()
{
	const int a = 10;
	const int& ra = a;
	//int& ra = a;//编译时会报错，因为a是常量，需要加const修饰

	//int& b = 10;//编译时会报错，因为10是常量，需要加const修饰
	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 double& rd = d;
}

使用场景

做参数

a、输出型参数

b、对象比较大，减少拷贝、提高效率

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;
}

下面代码输出什么结果？为什么？

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。

传值、传引用效率对比

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。

引用和指针的区别

在语法上：

1.引用是别名，不开空间；指针是地址，需要开空间存地址

2.引用必须初始化，指针可以初始化也可以不初始化

3.引用不能改变指向，指针可以

4.引用相对安全，没有空引用，但是有空指针，容易出现野指针，但是不容易出现野引用

5.sizeof、++、解引用等方面的区别

底层：

汇编层面上，没有引用，都是指针，引用编译后也转换成指针了

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。

如果在上述函数前增加inline关键字将其改成内联函数，在编译期间编译器会用函数体替换函数的调用。

查看方式：

1. 在release模式下，查看编译器生成的汇编代码中是否存在call Add

2. 在debug模式下，需要对编译器进行设置，否则不会展开(因为debug模式下，编译器默认不 会对代码进行优化，以下给出vs2013的设置方式)

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。

《C++prime》第五版关于inline的建议：

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。

我们平时为什么要做定义和声明分离呢？

如果我们不做定义和声明分离，比如：

我们在Stack.h里声明并且定义了Add函数，

然后在Stack.cpp里包含Stack.h头文件，

 然后在test.cpp里也包含Stack.h头文件，

 

那么，编译时就会报错，

出现这个错误的原因在于，发生了重定义了，Add函数既在Stack.c里包含了一份，又在test.c

里包含了一份，因此在链接时（Stack.o和test.o），会出现两个一样的Add函数，并且不构成重载，因此会发生报错。如果声明和定义分离，那么test.o里只有Add函数的声明，在链接时，会去Stack.o的符号表里找到Add函数的地址，因此就不会报错。

那么，如果就想在Stack.h里定义Add函数，那怎么办呢？

-->解决办法就是，用static修饰Add函数，被修饰的函数的链接属性会被改变，只在当前文件可见，因此，即使Stack.o和test.o里面各有一份Add函数，但是他们只在各自的当前文件可见（底层上来说，就是不会进符号表）。

那么，言归正传，inline不支持声明和定义分离，这是为什么呢？

 如果声明和定义分离，会报这样的错误：

原因就在于，被inline修饰后的函数在链接时不会被加载到符号表，因为内联函数都在被调用的地方展开了， 因此test.o在链接时找不到Add函数的符号表，所以会报错。

auto关键字（C++）

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

比如，在写函数类型时，

void func(int x, int y)
{
	
}

对于这个函数，如果我们想要定义这个函数的函数指针pf1，就是这样：

void(*pf1)(int, int) = func;

这样写起来就比较复杂，也很容易出错。为了解决这个问题，C++11给auto赋予了新的含义。

auto简介

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。

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;
}

【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;
	auto& c = x;
	cout << typeid(a).name() << endl;
	cout << typeid(b).name() << endl;
	cout << typeid(c).name() << endl;
	*a = 20;
	*b = 30;
	c = 40;
	return 0;
}

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。

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
}

auto不能使用的场景

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)
{}

2. auto不能直接用来声明数组

void TestAuto()
{
    int a[] = {1,2,3};
    auto b[] = {4，5，6};
}

基于范围的for循环(C++11)

范围for的语法

在C++98中如果要遍历一个数组，可以按照以下方式进行：

void TestFor()
{
	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
		array[i] *= 2;
	for (int* p = array; p < array + sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++p)
		cout << *p << endl;
}

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 *= 3;
	}
	for (auto& e : array)
		cout << e << " ";
	cout << endl;
}

指针空值

在良好的C/C++编程习惯中，声明一个变量时最好给该变量一个合适的初始值，否则可能会出现不可预料的错误，比如未初始化的指针。如果一个指针没有合法的指向，我们基本都是按照如下方式对其进行初始化：

void TestPtr()
{
	int* p1 = NULL;
	int* p2 = 0;
	// ……
}

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：

void f(int)
{
	cout << "f(int)" << endl;
}
void f(int*)
{
	cout << "f(int*)" << endl;
}
int main()
{
	f(0);
	f(NULL);
	f((int*)NULL);
	return 0;
}

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) 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。