【C++】C++入门
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1.C++关键字
C语言32个关键字，C++共有63个关键字
以下代码的功能是打印字符串"hello world"
可以看出，与C语言中打印字符串有一些不同，以下我们将对这些不同进行介绍
#include<iostream>
int main()
{
std::cout << "hello world" << std::endl;
return 0;
}2.命名空间
2.1命名空间的定义
在C/C++中，变量、函数和类都大量存在，这些变量、函数、和类的名称都将存在于全局域中，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namespace关键字，后面跟名命名空间的名字，然后接一对{ }即可，{ }中即为命名空间的成员
namespace bit
{
//定义变量
int rand;
//定义函数
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
//定义类型
struct Node
{
struct Node* next;
int val;
};
}上面代码段中，bit是命名空间的名字，一般开发中是用项目名字做命名空间名
📖Note:
1️⃣命名空间中除了可以定义变量外，还可以定义函数，类型
2️⃣命名空间可以嵌套
3️⃣命名空间中的变量是全局变量，只有定义在函数内的变量才是局部变量
4️⃣命名空间不影响变量的生命周期，只是限定域
5️⃣变量的默认查找规则：先在局部域找，再在全局域找
6️⃣同一个工程中允许存在多个相同名称的命名空间，编译器最后会合成到同一个命名空间中
命名空间中的变量访问时可以指定域访问，如下：
std::cout << bit::rand << std::endl; std::cout << ::rand << std::endl;:: 为域作用限定符，:: 之前为域名，当 :: 之前为空时，默认为全局域
<< 为流插入运算符
std 是C++标准库的命名空间名，C++将标准库的定义实现都放在这个命名空间中
可以看出，C++中输出时，不需要指定变量的输出格式，因为其可以自动识别类型
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
2.2命名空间的使用
命名空间的三种使用方式：
1️⃣加命名空间名称及作用域限定符
int main() { std::cout << bit::rand << std::endl; std::cout << ::rand << std::endl; return 0; }2️⃣使用using将命名空间中某个成员引入
以下代码段中两次输出语句的结果相同
using bit::rand; int main() { std::cout << bit::rand << std::endl; std::cout << rand << std::endl; return 0; }3️⃣使用using namespace 命名空间名称 引入
using namespace bit; int main() { std::cout << rand << std::endl; Add(10, 20); Node* n; return 0; }通常在项目中应该尽量避免使用第三种引入方式，使用第二种部分展开的方式，只展开常用的即可
3.C++输入输出
#include<iostream>
int main()
{
std::cout << "hello world" << std::endl;
return 0;
}以上代码的功能是打印字符串"hello world"
1️⃣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（官方库的命名空间）
2️⃣cout和cin都是全局的流对象，endl是特殊的C++符号，表示换行输出，它们都包含在头文件<iostream>中
3️⃣<<是流插入运算符，>>是流提取运算符
4️⃣使用C++输入输出更加方便，不需要像C语言中printf和scanf函数一样手动控制格式，C++的输入输出可以自动识别变量类型
📖Note:
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，使用时只需要包含对应的头文件即可，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<iostream.h>格式，后续编译器已经不支持，因此推荐使用<iostream> 加引入std命名空间的方式
std命名空间的使用惯例：
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，因此日常练习为了方便一般使用using namespace std（全部展开）；但在项目开发中代码多，规模大，就很容易出现冲突问题，所以建议在项目开发中使用std::cout（指定命名空间）或using std::cout（部分展开）
4.缺省参数
4.1缺省参数的概念
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。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<iostream>
using namespace std;
void Func(int a = 0)
{
cout << a << endl;
}
int main()
{
Func();//没有传参，使用形参的缺省值
Func(10);//传参时，使用指定的实参
return 0;
}
4.2缺省参数分类
缺省参数分为全缺省参数和半缺省参数
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 = 20, int c = 30) { cout << "a = " << a << endl; cout << "b = " << b << endl; cout << "c = " << c << endl; }📖Note:
1️⃣半缺省参数必须从右往左依次给出，不能间隔着给
2️⃣缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现。如果缺省参数在声明和定义中同时出现，恰巧两个位置提供了不同的缺省值，那编译器就无法确定使用哪个缺省值。一般在函数声明中给出
3️⃣缺省值必须是常量或全局变量
4️⃣C语言不支持缺省参数
5.函数重载
5.1 函数重载的概念
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的顺序）不同，常用来处理实现功能类似数据类型不同的问题
#include<iostream> 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; }
5.2 C++支持函数重载的原理
C++支持函数重载，C语言不支持函数重载
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
实际项目通常由多个头文件和多个源文件构成，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。在链接阶段，链接器看到a.o调用Add，但是a.o的符号表中没有Add的地址，就会到b.o的符号表中查找Add的地址，然后链接到一起。在链接时，对于不同的函数，每个编译器都有自己的函数名修饰规则，Linux下，采用C语言编译器gcc函数修饰后名字不变，而采用C++编译器g++函数修饰后会变成【_Z+函数长度+函数名+类型首字母】
因此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
📖Note:
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有办法区分，这不是因为函数名修饰规则，而是因为调用时不能指定返回值类型，存在二义性，不能区分
6.引用
6.1引用的概念
引用不是新定义一个变量，而是给已存在的变量取了一个别名，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
定义方式：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); }📖Note:引用类型必须和引用实体是同种类型的
6.2引用的特性
引用的特性：
1️⃣引用在定义时必须初始化
2️⃣一个变量可以有多个引用
3️⃣引用一旦引用一个实体，就不能引用其他实体（因此引用不能替代指针）
6.3常引用
指针和引用赋值中，权限可以平移或缩小，但不能放大
由const修饰的变量只能读，不支持写
void TestConstRef() { const int a = 10; //int& ra = a; // 该语句编译时会出错，权限放大 const int& ra = a;//正常运行，权限的平移 //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 //类型转换都会产生临时变量，临时变量具有常性，即不能被修改 const int& rd = d; }
6.4引用的使用场景
引用的使用场景：
- 做参数
- 做返回值
场景1：做参数
void Swap(int& left, int& right) { int temp = left; left = right; right = temp; }引用传参：形参是实参的别名，一般输出型参数使用引用传参，可以减少拷贝，提高效率
📖Note:
输出型参数和输入型参数
输出型参数和输入型参数都是指形参列表里面的参数，外部调用函数时通过形参列表把实参传递给函数，函数再通过返回值给调用者想要的结果；但是当一个函数内部想要处理多个数据并返回时，return就不能实现了，这时函数的输入输出只能通过参数完成。输出型参数就是就可以使函数内部处理的数据返回到调用的地方
输出型参数一般情况下为return的值或者需要在函数内部进行处理的值
输入型参数不会在函数内部进行修改，一般加const修饰
场景2：做返回值
int& Count() { static int n = 0; n++; // ... return n; }我们对以下代码段进行分析
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; }vs2019编译器运行结果如下：
分析：Add函数实现两个整型变量的相加，返回值的类型为引用
传值返回的规则：产生一个临时变量，存储返回值。在Add函数中，若传值返回，即产生一个临时变量，拷贝变量c的值，因为出了Add函数，变量c所在的函数栈帧已经销毁，对c的访问越界
引用返回的规则：也会产生一个临时变量，但这个临时变量不开辟空间。在Add函数中，引用返回，即产生一个临时变量，但这个临时变量不开辟空间，它只是变量c的别名，和c指向同一块空间，函数调用结束，即开辟的函数栈帧销毁之后，用户对这块空间就失去了使用权，存储在这块空间中的数据不被保护，可以访问，但是访问到的数据是不确定的
因此在上面的代码中第一次Add函数调用结束后函数栈帧销毁，因为使用引用返回，变量c作为局部变量也就销毁了，但是变量ret作为变量c的别名，它仍然指向这块空间，但其中存储的数据是不确定的；第二次函数调用开辟栈帧，恰好上一次函数开辟的空间并没有被使用，因此开辟了同一块栈帧，调用结束后的Add栈帧销毁，但由于没有被其他函数占用，所以这块空间的数据没有被覆盖，因此最终通过ret找到了数据7，但是这个结果是不确定
📖Note:
如果函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象还在（没有还给系统），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
6.5传值调用和传引用调用效率比较
以值作为参数或者返回值类型，在传参或者返回期间，函数不会直接传递实参或者将变量直接返回 ，而是传递实参或者返回变量的一份临时拷贝，因此用值作为参数或者返回值类型，效率是比较低下的，尤其当参数或者返回值类型较大时（如自定义类型），这种劣势更为明显。
#include <time.h> struct A { int a[10000]; }; void TestFunc1(A a) { } void TestFunc2(A& a) { } void TestRefAndValue() { A a; // 以值作为函数参数 size_t begin1 = clock(); for (size_t i = 0; i < 10000; ++i) TestFunc1(a); size_t end1 = clock(); // 以引用作为函数参数 size_t begin2 = clock(); for (size_t i = 0; i < 10000; ++i) TestFunc2(a); size_t end2 = clock(); // 分别计算两个函数运行结束后的时间 cout << "TestFunc1(A)-time:" << end1 - begin1 << endl; cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl; } int main() { TestRefAndValue(); return 0; }
因此，可以使用引用返回时建议使用引用返回
6.6引用和指针的区别
在语法概念上引用就是变量的一个别名，没有独立的空间，和其引用实体共用同一块空间
但引用在底层实现上实际是有空间的，因为引用是按照指针的方式实现的
引用和指针的区别：
1️⃣概念上：引用是一个变量的别名，指针存储一个变量的地址
2️⃣引用在定义时必须初始化，指针没有要求
3️⃣引用在初始化时引用一个实体后，就不能再引用其他实体，而指针可以在任何人时候指向任何一个同类型的实体
4️⃣不存在NULL引用，但是存在NULL指针
5️⃣在sizeof中含义不同：引用的结果是引用类型的大小，但是指针始终是地址空间所占字节个数（32位平台下始终是4byte）
6️⃣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
7️⃣有多级指针，但是没有多级引用
8️⃣访问实体不同，指针需要显式解引用，引用编译器自己会处理
9️⃣引用的使用比指针相对安全
7.内联函数
7.1内联函数的概念
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。
查看方式：
- 在release模式下，查看编译器生成的汇编代码中是否存在函数调用语句
- 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vs2019的设置方式)
7.2内联函数的特性
1️⃣内联函数是一种以空间换时间的做法，如果编译器将函数当作内联函数处理，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
2️⃣inline对于编译器而言只是一个建议，不同编译器关于inline的实现机制可能不同，一般建议：将函数规模较小，不是递归，且频繁调用的函数采用inline修饰，否则编译器会忽视inline特性
3️⃣inline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，链接时就会找不到
链接错误的原因：
程序运行的几个阶段：预处理，编译，汇编，链接
其中链接阶段实现合并目标文件和合并符号表，在符号表中查找函数地址时，内联函数的地址并不在符号表中，不会生成函数的目标文件，因此就会产生链接错误
建议：内联函数直接在.h文件中定义
补充：宏的优缺点
优点：
1️⃣增强代码的复用性
2️⃣提高性能
缺点：
1️⃣预编译阶段进行了替换，因此不方便调试
2️⃣代码的可读性差，可维护性差，容易误用
3️⃣没有类型安全的检查
C++的改进：
1️⃣常量的定义，使用const enum
2️⃣规模小的函数使用inline修饰
8.auto关键字（C++11）
8.1auto含义
当一个程序较复杂时，其中所使用的类型也越来越复杂，可能难于拼写，可能函数不明确导致出错，我们已经知道typedef可以给类型重命名，这样可以简化代码
在编程时，常常要把表达式的值赋给变量，这就要求在声明变量时清楚的知道表达式的类型，typedef并不能解决这个问题。C++中给auto赋予了新的含义
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
C++11中，auto的新含义为：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成
📖Note：
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，而是一个类型声明的占位符，编译器在编译时期会将auto替换为变量实际的类型
8.2auto的使用
1️⃣auto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&
2️⃣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
8.3auto不能推导的类型
1️⃣auto不能作为函数的参数，因为编译器无法对a的实际类型进行推导
2️⃣auto不能直接用来声明数组
void TestAuto() { int a[] = {1,2,3}; auto b[] = {4，5，6}; }3️⃣为了避免与C++98中的auto混淆，C++11只保留了auto作为类型指示符的用法
4️⃣auto在实际中最常见的用法就是配合新式for循环，或者配合lambda表达式等
9.基于范围的for循环（C++11）
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 *= 2; for(auto e : array) cout << e << " "; return 0; }📖Note：
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：
1. 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。
2. 迭代的对象要实现++和==的操作。
10.指针空值（C++11）
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，通常按如下方式进行初始化：
int main()
{
int* p1 = NULL;
int* p1 = 0;
return 0;
}NULL实际上是一个宏，在传统的C头文件（stddef.h）中，可以看到如下代码：
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，都可能存在一些问题
在第二次函数调用f(NULL)时，本应该调用f(int*)函数，但由于NULL被定义成常量0，因此调用了f(int)函数，与程序的初衷相悖
在C++98中，字面常量0既可以是一个整型数字，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一个整型常量，如果要将其按照指针的方式来使用，必须对其进行强制类型转换（void*）0
📖Note:
1️⃣在使用nullptr表示指针空值时，不需要包含头文件，因为nullptr是C++作为新关键字引入的
2️⃣在C++11中，sizeof(nullptr)与sizeof((void*)0)所占的字节相同
3️⃣为了提高代码的可读性，建议后续C++代码编写中表示指针空值使用nullptr
原文地址：https://blog.csdn.net/m0_64538862/article/details/135613095
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