C++学不会？一篇文章带你快速入门

1. 命名空间

1.1 命名空间的概念

C++命名空间是一种用于避免名称冲突的机制。它允许在多个文件中定义相同的函数、类或变量，而不会相互干扰。

1.2 命名空间的定义

namespace是命名空间的关键字，后面是命名空间的名字，然后后面一对 {},{}中即为命名空间的成员

//正常的命名空间介绍
namespace zs
{int num = 0;
}//命名空间可以嵌套
namespace zs
{int num = 0;namespace ls{int num = 10;}
}//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
namespace A
{int a = 10;
}
namespace A
{int b = 20;
}

注意事项：一个命名空间就定义了一个新的作用域，命名空间中所有的内容都局限于该命名空间中

1.3 命名空间的使用方式

1. 加命名空间名称及作用限定符
namespace N
{int a = 0;int b = 1;
}
int main()
{printf("%d\n", N::a);return 0;
}
2. 使用using将命名空间中某个成员引入
namespace N
{int a = 0;int b = 1;
}
using N::b;
int main()
{printf("%d\n", N::a);printf("%d\n", b);return 0;
}
3. 使用using namespace 命名空间名称引入
namespace N
{int a = 0;int b = 1;
}
using namespace N;
int main()
{printf("%d\n", a);printf("%d\n", b);return 0;
}

2.作用域

2.1 作用域的使用

1. 局部域：在函数内部定义的变量，只能在该函数内部访问
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{int a = 1;cout << a << endl;return 0;
}
2. 全局域：在整个程序范围内定义的变量，可以在程序的任意位置访问
#include<iostream>
using namespace std;
int a = 10;
int main()
{cout << a << endl;return 0;
}
3. 命名空间域：在命名空间内定义的变量，只能在该命名空间内访问
include<iostream>
using namespace std;
namespace zs
{int a = 11;
}
int main()
{cout << zs::a << endl;return 0;
}
4. 类域：在类内部定义的成员变量，只能在该类的成员函数中访问
#include <iostream>class MyClass {
public:int myVar; // 类域变量MyClass() {myVar = 0; // 构造函数，初始化类域变量}void setMyVar(int value) {myVar = value; // 设置类域变量的值}int getMyVar() {return myVar; // 获取类域变量的值}
};int main() {MyClass obj; // 创建对象obj.setMyVar(10); // 设置类域变量的值std::cout << "类域变量的值为：" << obj.getMyVar() << std::endl; // 输出类域变量的值return 0;
}

2.2 作用域的工作原理

不同作用域的变量名可以相同，但是它们是不同的变量。当在更内层的作用域中使用同名变量时，会屏蔽外层作用域中的同名变量。

3. C++输入和输出

  1. 使用cout标准输出对象和cin标准输入对象时，必须包含 <iostream>头文件以及按命名空间使用方法使用std

  2. <<是流插入运算符，>>是流提取运算符

  3. C++输入和输出可以自动识别类型

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{int a;cin >> a;cout << a << endl;return 0;
}

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，给函数的参数指定一个默认值。在调用该函数的时候，如果没有为该参数指定实参，那么就会使用这个默认值。如果提供了指定的实参，那么就会使用指定的实参。

#include <iostream>
using namespace std;
void Func(int a = 0)
{cout << a << endl;
}
int main()
{Func();		//没有传递参数时，使用参数的默认值Func(1);	//传参时，使用指定的实参return 0;
}

4.2 缺省参数的分类

1. 全缺省参数
#include <iostream>
using namespace std;
void Func(int a = 1, int b = 2, int c = 3)
{cout << "a=" << a << endl;cout << "b=" << b << endl;cout << "c=" << c << endl;
}
int main()
{Func();
}
2. 半缺省参数
#include <iostream>
using namespace std;
void Func(int a , int b = 2, int c = 3)
{cout << "a=" << a << endl;cout << "b=" << b << endl;cout << "c=" << c << endl;
}
int main()
{Func(10);
}

注意事项：

  1. 半缺省的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
  3. 缺省值必须是常量或者全局变量
  4. C语言不支持缺省参数

5. 函数重载

函数重载是C++编程语言中的一个重要概念，它允许在同一作用域内定义多个同名函数，但这些同名函数的参数列表必须有所不同。这意味着，虽然这些函数在名称上相同，但通过参数的类型、参数个数或类型顺序的不同，每个函数都有其独特的功能或含义。

5.1 参数类型不同

#include <iostream>
using namespace std;
int Max(int a, int b)
{cout << "int Max(int a, int b)" << endl;return a > b ? a : b;
}
double Max(double a, double b)
{cout << "double Max(double a, double b)" << endl;return a > b ? a : b;
}
int main()
{cout<<Max(1, 2)<<endl;cout<<Max(10.2, 2.2)<<endl;
}

5.2 参数个数不同

#include <iostream>
using namespace std;
void f(int a, int b)
{cout << "void f(int a, int b)" << endl;
}
void f(int a)
{cout << "void f(int a)" << endl;
}
int main()
{f(1, 1);f(2);
}

5.3 参数类型顺序不同

#include <iostream>
using namespace std;
void f(int, char b)
{cout << "f(int, char b)" << endl;
}
void f(char b, int a)
{cout << "f(char b, int a)" << endl;
}
int main()
{f(10, 'a');f('b', 20);
}

6. 引用

6.1 引用的概念

引用是给已经存在的变量取一个别名，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

6.2 引用的使用

类型& 引用变量名（对象名）=引用实体；

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{int a = 10;int& aa = a;printf("%p\n", &a);printf("%p\n", &aa);
}

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型

6.3 引用的特性

  1. 引用在定义的时候必须先初始化
  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
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{int a = 10;int& aa = a;int& aaa = a;printf("%p\n", &a);printf("%p\n", &aa);printf("%p\n", &aaa);
}

6.4 引用的使用场景

1. 做参数
#include <iostream>
using namespace std;
void Swap(int& left, int right)
{int temp = left;left = right;right = temp;
}
int main()
{int a = 10, b = 20;cout << "a:" << a <<" " << "b:" << b << endl;Swap(a, b);cout << "a:" << a <<" " << "b:" << b << endl;
}
2. 做返回值

如果函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象还在（还没有还给操作系统）,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

//因为static类型可以被整个程序访问，出了函数还在，所以可以使用引用返回
#include <iostream>
using namespace std;
int& Count()
{static int n = 0;n++;return n;
}
int main()
{int& ret = Count();cout << "ret:" << ret << endl;
}

//因为c是临时变量，Add函数运行结束后，该函数对应的栈空间就被回收了，即c变量就没有意义了
//在main中ret引用Add函数返回值，实际应用的就是一块已经被释放的空间
#include <iostream>
using namespace std;
int& Add(int a, int b)
{int c = a + b;return c;
}
int main()
{int& ret = Add(1, 2);cout << "Add(1,2) is:" << ret << endl;return 0;
}

注意事项：

函数运行时，系统需要给该函数开辟独立的栈空间，用来保存该函数的形参、局部变量以及一些寄存器信息等

函数运行结束后，该函数对应的栈空间就被系统回收了

空间被回收指该块栈空间暂时不能使用，但是内存还在

6.5 传值和传引用的区别

以值作为参数或者返回值类型，在传递和返回期间，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拷贝，因此用值返回作为参数或者返回值类型，效率非常低，尤其是当参数或者返回值类型非常大的时候，效率会更低

1. 做参数时
#include <iostream>
#include<time.h>
using namespace std;
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(B)-time:" << end2 - begin2 << endl;
}
int main()
{TestRefAndValue();
}
2. 做返回值时
#include <iostream>
#include<time.h>
using namespace std;
struct A { int a[10000]; };
A a;
// 值返回
A TestFunc1() { return a; }
// 引用返回
A& TestFunc2() { return a; }
void TestReturnByRefOrValue()
{// 以值作为函数的返回值类型size_t begin1 = clock();for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)TestFunc1();size_t end1 = clock();// 以引用作为函数的返回值类型size_t begin2 = clock();for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)TestFunc2();size_t end2 = clock();// 计算两个函数运算完成之后的时间cout << "TestFunc1 time:" << end1 - begin1 << endl;cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;
}
int main()
{TestReturnByRefOrValue();return 0;
}

6.6 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，和其引用实体公用同一块空间

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{int a = 10;int& ra = a;cout << "&a=" << &a << endl;	//&a=009CF84Ccout << "&ra=" << &ra << endl;	//&ra=009CF84Creturn 0;
}

在底层实现上实际是有空间的，因为引用是按照指针方法实现的

6.7 引用和指针的不同的点：

  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，没有调用建立栈帧的开销，内联函数提升程序运行的效率

7.2 内联函数的特性

  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
  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、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。

8. auto关键字（C++11）

8.1 auto的作用

C++中的auto关键字的出现是为了简化变量声明和类型推导的过程。

8.2 auto的使用规则

  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，但是用auto声明引用类型时必须加&
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{int x = 10;auto a = &x;auto* b = &x;auto& c = x;cout << typeid(a).name() << endl;	//int *cout << typeid(b).name() << endl;	//int *cout << typeid(c).name() << endl;	//int
}
  1. 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
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{auto a = 1, b = 2;auto c = 3, d = 2.0; //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
}
  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)
{}
  1. auto不能直接用来声明数组
void TestAuto()
{
int a[] = {1,2,3};
auto b[] = {4，5，6};
}
  1. 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
  2. auto在实际中最常见的优势用法就是跟C++11提供的新式for循环，还有lambda表达式等进行配合使用

9. 基于范围的for循环（C++11)

9.1 范围for的语法

C++98遍历方式

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{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;
}

C++11遍历方式（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，第二部分是表达被迭代的范围）

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{int array[] = { 1,2,3,4,5 };for (auto& e : array)e *= 2;for (auto e : array)cout << e << " ";
}

**注意事项：**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

9.2 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循环的迭代的范围

注意：以下代码就有问题，因为for的范围不确定

  1. 迭代的对象要实现++和==的操作

10. 指针空值nullptr（C++11)

  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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