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一、 命名空间
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>int rand = 10;int main()
{printf("%d", rand);return 0;
}
// 编译后会报错:error C2365: “rand”: 重定义;以前的定义是“函数”
在这段程序中,不引用头文件#include <stdlib.h>
是可以正常运行的,但引用后程序就会报错,这是什么原因呢?因为 rand
在 <stdlib.h>
中已有了定义,这里报了重定义的错误。
1.1 命名空间的定义
命名空间的定义由两部分构成:首先是关键字namespace,后面跟命名空间的名字,然后接一对花括号,花括号中即为命名空间的成员。
1. 命名空间可以定义变量/函数/类型
2. 命名空间可以嵌套
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。
namespace A
{// 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;};
}//命名空间可以嵌套
namespace a
{namespace b{void push(){cout << 'b' << endl;}}
}
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
- 用一个工程中允许出现多个相同名称的命名空间,编译器最后会将它们合并为一个命名空间。
1.2 命名空间使用
命名空间的使用三种方式:
1.2.1 加命名空间名称及域作用限定符
namespace N
{int a = 10;int b = 5;
}int main()
{printf("%d\n", N::a);return 0;
}
1.2.2 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;
}
1.2.3 使用using namespace 命名空间名称 引入(展开命名空间)
namespace N
{int a = 10;int b = 5;
}int a = 20;using namespace N;int main()
{printf("%d\n", a); //a不明确,有二义性printf("%d\n", ::a); //访问全局的aprintf("%d\n", N::a); //访问N中的aprintf("%d\n", b);return 0;
}
注意:
如果命名空间没有展开,编译器默认是不会搜索命名空间中的变量,去访问变量是访问不到的。
访问的优先级:局部域 > 全局域
1.3 std命名空间的使用
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;
(2)在项目开发中代码较多、规模 大,就很容易出现跟库重名的类型、对象、函数问题。所以建议在项目开发中像std::cout这样使用,或者using std::cout展开常用的库对象、类型等方式。
二、C++输入和输出
#include<iostream>
using namespace std;int main()
{int a = 0;double b = 0;cin >> a >> b;//流提取运算法cout << a << " " << b << endl;//流插入运算法 endl相当于换行cout << a << " " << b << '\n';return 0;
}
- 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。
- 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。
- <<是流插入运算符,>>是流提取运算符。
- 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。
三、缺省参数
3.1 缺省参数的定义
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。
#include<iostream>
using namespace std;void Test(int a = 0)
{cout << a << endl;
}int main()
{Test();//没有传参时,使用参数的默认值a=0Test(1);//传参时,使用指定的实参a=1
}
3.2 缺省参数分类
(1)全缺省参数(全默认参数)–所有参数都给了缺省值
void Test(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{cout << "a = " << a ;cout << " b = " << b ;cout << " c = " << c << endl;
}int main()
{Test(1, 2, 3);Test(1, 2);Test(1);Test();return 0;
}
输出结果:
注:全缺省参数在传参时,参数是按照从左往右的顺序进行缺省的,不能跳着缺省,例如:Test(1, ,3)
,让第一个形参和第三个形参都使用传递值,而让第二个参数使用缺省值,这种做法是不被允许的。
(2)半缺省参数 – 部分的参数给了缺省值
void Test(int a , int b = 20, int c = 30)
{cout << "a = " << a ;cout << " b = " << b ;cout << " c = " << c << endl;
}int main()
{Test(1, 2, 3);Test(1, 2);Test(1);return 0;
}
注:
1. 半缺省参数必须从右往左依次来给出,不能跳跃着传
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(编译器不支持)
5. 函数的声明和定义分离时,必须在声明给缺省值
四、函数重载
自然语言中,一个词可以有多重含义,人们可以通过上下文来判断该词真实的含义,即该词被重载了。
4.1 函数重载的概念
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。
4.2 函数重载的种类
(1)参数类型不同
int Add(int left, int right)
{return left + right;
}double Add(double left, double right)
{return left + right;
}int main()
{cout << Add(1, 2) << endl;cout << Add(1.23, 7.8) << endl;return 0;
}
上面的代码定义了两个同名的Add
函数,但是它们的参数类型不同,第一个函数的两个参数都是int
型,第二个函数的两个参数都是double
型,在调用Add
函数的时候,编译器会根据所传实参的类型自动判断调用哪个函数。
(2)参数个数不同
void fun()
{cout << "fun()" << endl;
}void fun(int a)
{cout << "fun(a)" << endl;
}int main()
{fun();fun(8);return 0;
}
上面的代码定义了两个同名的fun函数,但是它们的参数个数不同,第一个函数没有参数,第二个函数有俩个参数,在调用fun函数的时候,编译器会根据所传实参的个数自动判断调用哪个函数。
(3)参数类型顺序不同
void Fun(int a, char b)
{cout << " Fun(int a,char b)" << endl;
}void Fun(char a,int b)
{cout << " Fun(char a,int b)" << endl;
}int main()
{Fun(1, 'i');Fun('i', 1);return 0;
}
(4)有缺省参数的
void Fun()
{cout << "f()" << endl;
}void Fun(int a = 10)
{cout << "f(int a)" << endl;
}int main()
{Fun(); //无参调用会出现歧义Fun(1); //调用的是第二个return 0;
}
上面代码中的两个Fun
函数构成函数重载,编译可以通过,因为第一个没有参数,第二个有一个整型参数,属于上面的参数个数不同的情况。但是Fun
函数存在一个问题:在没有参数调用的时候会产生歧义,因为有缺省参数,所以对两个Fun
函数来说,都可以不传参。
注意⚠️:
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。
4.3 C++支持函数重载的原理
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。
我们想理解清楚函数重载,还要了解函数签名的概念,函数签名包含了一个函数的信息,包括函数名、它的参数类型、他所在的类和名称空间以及其他信息。函数签名用于识别不同的函数。 C++编译器和链接器都使用符号来标识和处理函数和变量,所以对于不同函数签名的函数,即使函数名相同,编译器和链接器都认为他们是不同的函数。
Linux环境下采用C语言编译器编译后结果:
可以看出经过gcc编译后,函数名字的修饰没有发生改变。这也就是为什么C语言不支持函数重载,因为同名函数没办法区分。
采用C++编译器编译后结果:
其中_Z是固定的前缀;3表示函数名的长度;Add就是函数名;i是int的缩写,两个i表示两个参数都是int类型,d是double的缩写,两个d表示两个参数都是double类型。C++就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。通过分析可以发现,修饰后的名称中并不包含任何于函数返回值有关的信息,因此也验证了上面说的返回值的类型与函数是否构成重载无关。
总结:
C语言之所以没办法支持重载,链接的时候依照函数名去符号表转换(因为cpu只能看懂二进制的数字--->转换)来获取函数地址,结果2个函数名一样(转换得到的结果一样),区分不了。
C++是通过函数修饰规则来区分,只要是参数类型,参数个数,参数顺序不同,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。
五、引用
5.1 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。
语法:
类型& 引用变量名(对象名)=引用实体
int main() {int a = 0;int& b = a;return 0; }
注意:引用类型必须和引用实体是同种类型的
5.2 引用特性
1. 引用在定义时必须初始化
int main()
{int a = 10;int& b; //错误的int& b = a;//正确的return 0;
}
在使用引用时,我们必须对变量进行初始化。int& b = a
;,这样的代码才是被允许的。
2.一个变量可以有多个引用
int main()
{int a = 10;int& b = a;int& c = a;return 0;
}
上面代码中,b和c都是a的别名。比如:李逵,在家称为"铁牛",江湖上人称"黑旋风"。
3. 引用一旦引用一个实体,再不能引用其他实体
int main()
{int a = 10;int b = 20;int& c = a;c = b;return 0;
}
解析:
a和c的地址相同,c是a的别名;b和c的地址不同,所以c = b表示的不是c是b引用,而是把b变量的值赋值给c引用的实体,c依旧是a的引用,所以引用一旦引用一个实体,再不能引用其他实体,也就是引用不能改变指向。
5.3 常引用
const修饰的变量,只能读不能写(这里的权限,指的是读和写)
#include<iostream> using namespace std; int main() {int a = 10;//可读可写//权限的缩小---允许const int& b = a;//只可读//权限的放大---不允许const int& c = a;//只可读//int& d = c;//可读可写const int& z = 10;const int& y = a + z;//int& y=a+z;//错误的return 0; }
取别名原则:对于引用类型,权限只能缩小,不能放大
临时变量具有常性
#include <iostream>int main()
{int a = 10;int& b = a;const int& c = 20;//常量也可以取别名double d = 15.3;int f = d;//在这里,相当于d整型提升成临时变量,临时变量把值赋给f(临时变量具有常性)const int& e = d;//这里的e不是d的引用,而是临时变量的引用return 0;
}
5.4 引用的使用场景
- 做参数
引用做参数的意义:
(1)做输出型参数,即要求形参的改变可以影响实参
(2)提高效率,自定义类型传参,用引用可以避免拷贝构造,尤其是大对象和深拷贝对象
交换两个整型变量:
void Swap(int& num1, int& num2) {int tmp = num1;num1 = num2;num2 = tmp; }int main() {int a = 5;int b = 10;Swap(a,b);return 0; }
如上代码,我们可以使用引用做参数实现了两个数的交换,
num1
是a
的引用,和a
在同一块空间,对num1
的修改也就是对a
修改,b
同理,所以在函数体内交换num1
和num2
实际上就是交换a
和b
。以前交换两个数的值,我们需要传递地址,还要进行解引用,相对繁琐。
交换两个指针变量:
void Swap(int*& p1, int*& p2) {int* tmp = p1;p1 = p2;p2 = tmp; }int main() {int a = 5;int b = 10;int* pa = &a;int* pb = &b;Swap(pa,pb);return 0; }
如果用C语言来实现交换两个指针变量,实参需要传递指针变量的地址,那形参就需要用二级指针来接收,这显然十分容易出错。有了引用之后,实参直接传递指针变量即可,形参用指针类型的引用。
- 做返回值
引用做返回值的意义:
(1)减少拷贝,提高效率。
(2)可以同时读取和修改返回对象
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;//输出3Add(3, 4);cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <<endl;//输出3return 0; }
如上代码,我们使用传值返回,调用函数要创建栈帧,c是Add函数中的一个局部变量,存储在当前函数的栈帧中,函数调用结束栈帧销毁,c也会随之销毁,对于这种传值返回,会生成一个临时的中间变量,用来存储返回值,在返回值比较小的情况下,这个临时的中间变量一般就是寄存器。
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;//输出3Add(3, 4);cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <<endl;//输出7return 0; }
如上代码,传引用就是给
c
起了一个别名,返回的值就是c
的别名,ret就是c别名的别名,函数调用结束栈帧销毁,栈帧空间销毁,但是vs不清理空间内容,访问ret就是访问c,为3,由于空间重复利用,Add(3,4)占用该空间,修改空间内容,所以第二次访问ret为7.
5.5 传值和引用性能比较
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。
- 以值作和引用为函数参数的性能比较
#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(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;
}
int main()
{TestRefAndValue();return 0;
}
- 值和引用的作为返回值类型的性能比较
#include<iostream>
using namespace std;
#include <time.h>
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;
}
5.6 引用和指针区别
语法概念:
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。
int main()
{
int a = 10;
int& ra = a;
cout<<"&a = "<<&a<<endl;
cout<<"&ra = "<<&ra<<endl;
return 0;
}
底层实现:
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;//语法不开空间
ra = 20;int* pa = &a;//语法开空间
*pa = 20;
return 0;
}
从上面可以看出:
1、引用底层是用指针实现的;
2、语法含义和底层实现是背离的
引用和指针的不同点:
注意⚠️
引用不可以替代指针
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
六、内联函数
6.1 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。
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。
inline存在的意义:
- 解决宏函数晦涩难懂、容易写错
- 宏不支持调试
优点:
- debug支持调试
- 不易写错,就是普通函数的写法
- 提升程序的效率
6.2 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(可执行程序)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 ,编译器会自动优化,如果定义为 inline 的函数体内有循环 / 递归等等,编译器优化时会忽略掉内联。
- inline 不建议声明和定义分离 (头文件中,两个都写),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。
注:C++ 有哪些技术替代宏 ?1. 常量定义 换用 const enum2. 短小函数定义 换用内联函数
七、auto关键字(C++11)
7.1 类型别名思考
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:
-
类型难于拼写
-
含义不明确导致容易出错
#include<iostream>
using namespace std;
int TestAuto()
{return 10;
}
int main()
{int a = 10;auto b = a;auto c = 'a';auto d = TestAuto();cout << typeid(b).name() << endl;//查看类型cout << typeid(c).name() << endl;cout << typeid(d).name() << endl;return 0;
}
auto可以自动定义类型,根据等号后面的变量
C++中,typeid(A).name();可以知道A的类型是什么
7.2 auto简介
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,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 。
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 。
7.3 auto的使用细则
- 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 &(auto*定义的必须是指针类型)
#include<iostream>
using namespace std;
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;return 0;
}
- 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
}
7.4 auto不能推导的场景
- auto 不能作为函数的参数以及函数的返回
// 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)
{}
- auto 不能直接用来声明数组
void TestAuto()
{int a[] = {1,2,3};auto b[] = {4,5,6};
}
八、 基于范围的for循环(C++11)
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。
int main()
{int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };for (auto e : array)cout << e << " ";cout << endl;for (auto& e : array)e *= 2;for (auto e : array)cout << e << " ";return 0;
}
九、指针空值---nullptr(C++11)
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:
- 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。
- 在 C++11 中, sizeof(nullptr) 与 sizeof((void)*0) 所占的字节数相同。
- 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