[C++] C++入门

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文章目录

  • 0. 本节知识点安排目的
  • 1. C++关键字(C++98)
  • 2.命名空间
    • 2.1命名空间的定义
    • 2.3命名空间的使用
    • 3. C++输入&输出
  • 4. 缺省参数
    • 4.1 缺省参数概念
  • 5. 函数重载
    • 5.1 函数重载概念
  • 6. 引用
    • 6.1 引用概念
    • 6.2 引用特性
    • 6.3 常引用
    • 6.4 使用场景
    • 6.5 传值、传引用效率比较
    • 6.6引用和指针的区别
  • 7. 内联函数
    • 7.1 概念
    • 7.2 特性
  • 8. auto关键字(C++11)
  • 9. 范围for
  • 10. 关键字nullptr

0. 本节知识点安排目的

C++是在C的基础之上,容纳进去了面向对象编程思想,并增加了许多有用的库,以及编程范式等。熟悉C语言之后,对C++学习有一定的帮助,本章节主要目标:

  1. 补充C语言语法的不足,以及C++是如何对C语言设计不合理的地方进行优化的,比如:作用域方面、IO方面、函数方面、指针方面、宏方面等。
  2. 为后续类和对象学习打基础

1. C++关键字(C++98)

C++总计63个关键字,C语言32个关键字
ps:下面我们只是看一下C++有多少关键字,不对关键字进行具体的讲解。后面我们学到以后再细讲。

在这里插入图片描述
注: 因为c++是兼容c语言的所以里面会有很多熟悉的关键字,用法还是跟以前一样的。

2.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 <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int rand = 10;
//假如不包头文件<stdlib.h>,rand只是一个普通的全局变量
//带上头文件<stdlib.h>,rand就是一个函数了,名字就冲突了
// 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”

2.1命名空间的定义

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。

// lz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。
// 1. 正常的命名空间定义
namespace lz
{// 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;};
}//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;}}
}
//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。
// ps:一个工程中的test.h和上面test.cpp中两个N1会被合并成一个
// test.h
namespace N1
{
int Mul(int left, int right){return left * right;}
}

注意: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

2.3命名空间的使用

命名空间中成员该如何使用呢?比如:

namespace N
{// 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;};
}
int main()
{// 编译报错:error C2065: “a”: 未声明的标识符printf("%d\n", a);return 0;
}

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
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 namespce N;
int main()
{printf("%d\n", N::a);printf("%d\n", b);Add(10, 20);return 0;    
}

3. C++输入&输出

学习c++,当然要见见我们的老朋友hello world ,那么它是怎样输出的呢?

#include<iostream>using namespace std;
int main()
{cout<<"Hello world!!!"<<endl;return 0;
}
  1. 注意: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
  2. 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。
  3. 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。
  4. <<是流插入运算符,>>是流提取运算符。
  5. 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。
  6. 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,
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{int a;double b;char c;// 可以自动识别变量的类型cin>>a;cin>>b>>c;cout<<a<<endl;cout<<b<<" "<<c<<endl;return 0;
}

std命名空间的使用惯例:
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。

4. 缺省参数

4.1 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();     // 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;
}

4.2 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;}
  • 半缺省函数
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
  2. 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现,通常写在声明中
  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)

5. 函数重载

5.1 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。

#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;
}

C++支持函数重载的原理是根据名字修饰的

6. 引用

6.1 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;

void TestRef()
{int a = 10;int& ra = a;//<====定义引用类型printf("%p\n", &a);printf("%p\n", &ra);
}

6.2 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;   // 该条语句编译时会出错int& ra = a;int& rra = a;printf("%p %p %p\n", &a, &ra, &rra);  
}

6.3 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;
}

6.4 使用场景

  1. 做参数
void Swap(int& left, int& right)
{int temp = left;left = right;right = temp;
}

2.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;
}

在这里插入图片描述
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。

6.5 传值、传引用效率比较

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。

6.6引用和指针的区别

1.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。

我们来看下引用和指针的汇编代码对比:

在这里插入图片描述
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

7. 内联函数

7.1 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。

如果在函数前增加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。
在这里插入图片描述

7.2 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

【面试题】
宏的优缺点?
优点:

  1. 增强代码的复用性。
  2. 提高性能。

缺点:

  1. 不方便调试宏。(因为预编译阶段进行了替换)
  2. 导致代码可读性差,可维护性差,容易误用。
  3. 没有类型安全的检查 。

C++有哪些技术替代宏?

  1. 常量定义 换用const enum
  2. 短小函数定义 换用内联函数

8. auto关键字(C++11)

auto用于主动推导类型

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;
}

注意auto不能作为函数的参数,因为类型不明。auto不能声明数组

9. 范围for

范围for用于遍历数组,依次取array数组中的数据赋值给e,自动迭代到结束。

void TestFor()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for(auto& e : array)e *= 2;
for(auto e : array)cout << e << " ";
return 0;
}

注意范围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。

void TestFor(int array[])
{for(auto& e : array)cout<< e <<endl;
}

函数传参,传进来的不是数组是指针,for循环迭代范围不明。

10. 关键字nullptr

在C++中NULL被定义为常量0,而不是指针类型(void*)

#ifndef NULL
#ifdef __cplusplus
#define NULL   0
#else
#define NULL   ((void *)0)
#endif
#endif

这样的话传参可能会出现错误

在这里插入图片描述

  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。

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