【C++入门基础】
C++入门基础
- 1. 什么是C++
- 2. C++的发展史
- 3. C++关键字
- 4. 命名空间
-
- 4.1 命名空间定义
-
- 4.1.1正常的命名空间定义
- 4.1.2命名空间可以嵌套
- 4.1.3
- 4.2.1 命名空间使用
- 5. C++输入&输出
- 6. 缺省参数
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- 6.1 示例
- 6.2 缺省参数分类
- 7. 函数重载
-
- 7.1 函数重载概念
- 7.1.1 参数类型不同
-
- 7.1.2 参数个数不同
- 7.1.3 参数类型顺序不同
- 8. 引用
-
- 8.1 引用的概念
- 类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；
- 8.2 引用特性
- 8.3常引用
- 8.4使用场景
-
- 8.4.1做参数
-
- 8.4.2做返回值
- 8.5 引用和指针的区别
-
- 8.6 引用和指针的区别（重要）：
- 9. 内联函数
-
- 9.1概念
- 9.2内联函数的特性
- 10. auto关键字(C++11)
-
- 10.1auto的概念
- 10.2auto的使用细则
-
- 10.2.1. auto与指针和引用结合起来使用
- 10.2.2 在同一行定义多个变量
- 10.3auto不能推导的场景
-
- 10.3.1 auto不能作为函数的参数
- 10.3.2 auto不能直接用来声明数组
- 11.基于范围的for循环(C++11)
-
- 11.1范围for的语法
- 11.2范围for的使用条件
- 12. 指针空值---nullptr(C++11)
1. 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。
2. C++的发展史
1979年，贝尔实验室的本贾尼等人试图分析unix内核的时候，试图将内核模块化，于是在C语言的基础上进行扩展，增加了类的机制，完成了一个可以运行的预处理程序，称之为C with classes。
语言的发展就像是练功打怪升级一样，也是逐步递进，由浅入深的过程。我们先来看下C++的历史版本。
| 阶段 | 内容 |
|---|---|
| C with classes | 类及派生类、公有和私有成员、类的构造和析构、友元、内联函数、赋值运算符重载等 |
| C++1.0 | 添加虚函数概念，函数和运算符重载，引用、常量等 |
| C++2.0 | 更加完善支持面向对象，新增保护成员、多重继承、对象的初始化、抽象类、静态成员以及const成员函数 |
| C++3.0 | 进一步完善，引入模板，解决多重继承产生的二义性问题和相应构造和析构的处理 |
| 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++03 | C++标准第二个版本，语言特性无大改变，主要：修订错误、减少多异性 |
| C++05 | C++标准委员会发布了一份计数报告(Technical Report，TR1)，正式更名C++0x，即：计划在本世纪第一个10年的某个时间发布 |
| 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++14 | 对C++11的扩展，主要是修复C++11中漏洞以及改进，比如：泛型的lambda表达式，auto的返回值类型推导，二进制字面常量等 |
| C++17 | 在C++11上做了一些小幅改进，增加了19个新特性，比如：static_assert()的文本信息可选，Fold表达式用于可变的模板，if和switch语句中的初始化器等 |
| C++20 | 自C++11以来最大的发行版，引入了许多新的特性，比如：模块(Modules)、协程(Coroutines)、范围(Ranges)、概念(Constraints)等重大特性，还有对已有特性的更新：比如Lambda支持模板、范围for支持初始化等 |
| C++23 | 制定ing |
3. C++关键字
C++总计63个关键字，C语言32个关键字
4. 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。
比如下面这个代码：
#include 
因为rand的重定义，所以报警告。
4.1 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，然后接一对{ }即可，{ }中即为命名空间的成员。
4.1.1正常的命名空间定义
namespace bit
{
// 命名空间中可以定义变量/函数/类型
int rand = 10;
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
struct Node
{
struct Node* next;
int val;
};
}
由上面这个可知，命名空间可以定义变量，函数，类型。
4.1.2命名空间可以嵌套
// test.cpp
namespace N1
{
int a;
int b;
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
namespace N2
{
int c;
int d;
int Sub(int left, int right)
{
return left - right;
}
}
}
上面这个N1命名空间内嵌套了一个命名空间N2。
4.1.3
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。
比如：一个工程中的test.h和上面test.cpp中两个N1会被合并成一个。
4.2.1 命名空间使用
对于下面这个命名空间，我们可以这样使用：
namespace bit
{
// 命名空间中可以定义变量/函数/类型
int a = 0;
int b = 1;
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
struct Node
{
struct Node* next;
int val;
};
}
命名空间的使用有三种方式：
- 加命名空间名称及作用域限定符
符号“::”在C++中叫做作用域限定符，我们通过“命名空间名称::命名空间成员”便可以访问到命名空间中相应的成员。
int main()
{
printf("%d\n", N::a);
return 0;
}
- 使用using将命名空间中某个成员引入
我们还可以通过“using 命名空间名称::命名空间成员”的方式将命名空间中指定的成员引入。
这样一来，在该语句之后的代码中就可以直接使用引入的成员变量了。
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
最后一种方式就是通过”using namespace 命名空间名称“将命名空间中的全部成员引入。
这样一来，在该语句之后的代码中就可以直接使用该命名空间内的全部成员了。
using namespce N;
int main()
{
printf("%d\n", N::a);
printf("%d\n", b);
Add(10, 20);
return 0;
}
5. C++输入&输出
我们可以先使用C++来输出一个“Hello World”
#include
我们可以看出来，与之前写的C语言有点不太一样，这里使用了C++标准库的命名空间，即std。
而且这里的输入函数与C语言的printf有所不同，下面就让我们来认识一下C++的cin和cout吧。
std::cout和std::cin分别是类std::ostream和std::istream的全局对象，功能与C语言的printf和scanf相类似。
并且得注意：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。
std命名空间的使用惯例：
- 在日常练习中，建议直接using namespace std即可，这样就很方便。
- 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
6. 缺省参数
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。
6.1 示例
下面是一个例子：
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;
}
6.2 缺省参数分类
- 全缺省参数
全缺省参数，顾名思义即函数的全部形参都设置为缺省参数。
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;
}
注意：
1. 半缺省参数必须从右往左依次来给出，不能间隔着给
//错误示例
void Print(int a, int b = 20, int c)
{
cout << a << endl;
cout << b << endl;
cout << c << endl;
}
2. 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现
//a.h
void Func(int a = 10);
// a.cpp
void Func(int a = 20)
{}
// 注意：如果生命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。
3. 缺省值必须是常量或者全局变量
//正确示例
int x = 30;//全局变量
void Print(int a, int b = 20, int c = x)
{
cout << a << endl;
cout << b << endl;
cout << c << endl;
}
4. C语言不支持（编译器不支持）
7. 函数重载
7.1 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。
7.1.1 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;
}
7.1.2 参数个数不同
void f()
{
cout << "f()" << endl;
}
void f(int a)
{
cout << "f(int a)" << endl;
}
7.1.3 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()
{
f();
f(10);
f(10, 'a');
f('a', 10);
return 0;
}
8. 引用
8.1 引用的概念
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);
}
8.2 引用特性
1. 引用在定义时必须初始化
正确示例：
int a = 10;
int& b = a;//引用在定义时必须初始化
错误示例：
int c = 10;
int &d;//定义时未初始化
d = c;
2. 一个变量可以有多个引用
示例：
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);
}
3. 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体
int a = 10;
int& b = a;
int c = 20;
b = c;
printf("&a = %p &b = %p &c= %p\n", &a, &b,&c);
printf(" a = %d b = %d c = %d\n", a, b, c);
由这段代码，我们可以看出来，引用确实只能引用一个实体，b是a的别名，故二者的地址相同
b=c 这个语句，吧c的值赋给b，也同样赋给a。
8.3常引用
上面提到，引用类型必须和引用实体是同种类型的。但是仅仅是同种类型，还不能保证能够引用成功，我们若用一个普通引用类型去引用其对应的类型，但该类型被const所修饰，那么引用将不会成功。
int main()
{
const int a = 10;
//int& ra = a; //该语句编译时会出错，a为常量
const int& ra = a;//正确
//int& b = 10; //该语句编译时会出错，10为常量
const int& b = 10;//正确
return 0;
}
我们可以将被const修饰了的类型理解为安全的类型，因为其不能被修改。我们若将一个安全的类型交给一个不安全的类型（可被修改），那么将不会成功。
8.4使用场景
8.4.1做参数
在学习C语言中的交换函数时，经常用交换函数来说明传值和传址的区别。
现在我们学习了引用，可以不用指针作为形参了：
//交换函数
void Swap(int& a, int& b)
{
int tmp = a;
a = b;
b = tmp;
}
因为在这里a和b是传入实参的引用，我们将a和b的值交换，就相当于将传入的两个实参交换了。
8.4.2做返回值
当引用做返回值的时候要注意：我们返回的数据不能是函数内部创建的普通局部变量，因为在函数内部定义的普通的局部变量会随着函数调用的结束而被销毁。
我们返回的数据必须是堆区开辟的或者静态区开辟的即：被static修饰或者是动态开辟的或者是全局变量等不会随着函数调用的结束而被销毁的数据。
8.5 引用和指针的区别
在语法概念上，引用就是一个别名，没有独立的空间，其和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;
}
但是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;
}
8.6 引用和指针的区别（重要）：
- 引用概念上定义一个变量的别名，指针存储一个变量地址。
- 引用在定义时必须初始化，指针没有要求
- 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 - 没有NULL引用，但有NULL指针
- 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) - 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
- 有多级指针，但是没有多级引用
- 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
- 引用比指针使用起来相对更安全
9. 内联函数
9.1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。
我们先来看一下这段代码：
int Add(int a, int b)
{
return a + b;
}
int main()
{
int ret = Add(1, 2);
return 0;
}
那再看看下面这个内联函数
inline int Add(int a, int b)
{
return a + b;
}
int main()
{
int ret = Add(1, 2);
return 0;
}
从汇编代码中可以看出，内联函数调用时并没有调用函数这个过程的汇编指令
9.2内联函数的特性
-
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。 -
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。
//test.h
inline int Add(int a, int b);
//..test.cpp
inline int Add(int a, int b)
{
int c = a + b;
printf("%d", c);
}
//因为出现inline的声明与定义的分离，所以会出错
注意：这里是链接错误，在main函数中调用此函数时，test.h展开但是没有Add()的函数体，又因为Add()函数是内联函数，没有吧Add()加到对应的符号表里面，故出现链接错误。
10. auto关键字(C++11)
10.1auto的概念
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。
以下是一个示例：
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;
}
此处的typeid(b).name()是用来获取b变量的类型的。
【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。
10.2auto的使用细则
10.2.1. 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&
using namespace std;
int main()
{
int a = 10;
auto b = &a; //auto已经推断出b的类型为int*
auto* c = &a;
auto& d = a; //auto做引用必须加&
cout << typeid(a).name()<< endl;
cout << typeid(b).name() << endl;
cout << typeid(c).name() << endl;
cout << typeid(d).name() << endl;
return 0;
}
10.2.2 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; //正确
auto c = 3, d = 4.5; //错误
}
10.3auto不能推导的场景
10.3.1 auto不能作为函数的参数
void testAuto(auto a)
{
auto a = 1, b = 2;
auto c = 3, d = 4;
}
这里被auto修饰的a作了testAuto的参数，故出现错误。
10.3.2 auto不能直接用来声明数组
int main()
{
int a[] = { 1, 2, 3 };
auto b[] = { 4, 5, 6 };//error
return 0;
}
11.基于范围的for循环(C++11)
11.1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 a[] = { 1,2,3,4,5,6 };
for (int i = 0; i < sizeof(a) / sizeof(a[0]); i++)
{
a[i] *= 2;
}
for (int* b = a; b < a + sizeof(a) / sizeof(a[0]); b++)
{
cout << *b << " ";
}
}
对于一个有范围的集合而言，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 a[] = { 1,2,3,4,5,6 };
for (auto b : a)
{
b *= 2;
}
for (auto c : a)
{
cout << c << " " ;
}
}
为什么这里的数组值未被修改呢？
问题出在了第一个for循环的变量auto b了：
这是因为在这里，auto会创建一个迭代变量b，它是数组a中每个元素的拷贝。因此，在循环体中修改b的值并不会影响数组a中对应位置的值。
那么我们可以进行这样修改：
当然这样也可以：
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。
11.2范围for的使用条件
- for循环迭代的范围必须是确定的
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。
注意：以下代码就有问题，因为for的范围不确定
void TestFor(int array[])
{
for(auto& e : array)
cout<< e <<endl;
}
- 迭代的对象要实现++和==的操作。(关于迭代器这个问题，以后会讲，现在提一下，没办法
讲清楚，现在大家了解一下就可以了)
12. 指针空值—nullptr(C++11)
C++98中的指针空值
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：
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
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。