初识C++编程语言（万字详解）

::域作用限定符

命名空间域(namespace)：

流插入和流提取（C++的输入输出）

缺省参数：

函数重载：

引用：

内联函数：

auto关键字：

1、类型思考：

2、auto介绍：

auto的使用细则：

1. auto与指针和引用结合起来使用

2. 在同一行定义多个变量

3、auto不能使用的场景

基于范围的for循环(C++11)

1 、范围for的语法

C++98中的指针空

::域作用限定符

在之前单纯的C语言中，同一个域里无法取得相同的名字这是很不方便的，在大型的工程中不同的程序员不可能做到所有变量都不相同，所以::域作用限定符应运而生。

例如：

这种命名方式是不被允许的，在同一个域里，不能命名两个一样的变量。

#include<stdio.h>
int x = 0;
int main() {int x = 1;printf("%d\n", x);return 0;
}

所以我们可以向上面一样，将一个变量放在全局，一个放在局部。这样就不会报命名冲突的问题了，但是如果我们打印这个x变量，会发现屏幕上打印出来的是1。

为什么呢？🤔编译器会首先在局部域里找x，然后在去全局域里找，如果在局部域里找到了，自然就直接打印x了。

那么我们如果想要打印全局变量的这个0呢，我们可以这样：

#include<stdio.h>
int x = 0;
int main() {int x = 1;printf("%d\n", x);printf("%d\n", ::x);return 0;
}

这时候就体现出了::的作用，如果::的左边什么都没有，那就是默认全局域，所以编译器会在全局域里找变量x。

命名空间域(namespace)：

😎是为了解决命名空间里命名冲突的问题。

#include<stdio.h>namespace project1 {int x = 1;
}
namespace project2 {int x = 2;
}int main() {printf("%d\n", project1::x);printf("%d\n", project2::x);return 0;
}

我们如果想要命名同一个名字的话，我们就可以这样，用命名空间域来隔开，格式为：namespace+空间域名字。这样我们就可以用域空间操作符来指定使用变量名称了。

编译器搜索原则：

无指定：1、当前局部域 2、全局域

有指定：1、直接在指定域中搜索

命令空间域里可以是：1、变量，2、函数，3、结构体。

#include<stdio.h>namespace project1 {int x = 1;
}
namespace project2 {//变量int x = 2;//函数int Add(int a,int b){return a + b;}//结构体struct ListNode {/*....*/}LNode;
}int main() {printf("%d\n", project1::x);printf("%d\n", project2::x);project2::Add(1,2);struct project2::ListNode phead;return 0;
}

需要注意的是：使用命名空间域里的结构体时，域名要在struct后结构体名前。

namespace还有一个使用方法：

当我们需要频繁调用project2时，就需要一直调用，就会变得很麻烦，所以我们介绍namespace的第二种用法：

这个叫做展开命名空间，也就是说使用了这个之后，project2就被展开了，被展开成了全局变量，再使用这个命名空间域里的东西的时候，就可以不用再引用了。

被展开的域相当于全局变量，所以当有局部变量的时候依然会优先访问局部变量。

所以，当我们使用C++的时候，通常为了方便，会先写using namespace std，std就是C++的库，是为了方便调用C++库里面函数或者是关键字的。（但是也仅仅是在我们平时的练习测试用的多，主要是为了方便）。

还有一种写法就是我可以展开这个库的一部分，也就是说：

就像这样，把几个常用的给展开，就可以了。

这时候有人要提出问题了，如果命名域的名字也冲突了怎么办？🤔

答：命名域允许嵌套，也就说如果命名域真的冲突了，我们也可以命明域进行嵌套来解决，而且如果我们想，我们可以无限的套娃下去。但一般我们嵌套两层就够用了。

可以看到这里我们在用的时候，就需要用两次::域作用限定符。

流插入和流提取（C++的输入输出）

#include<iostream>
// 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
using namespace std;
int main()
{
cout<<"Hello world!!!"<<endl;
return 0;
}

说明：
1. 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。
2. 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。
3. <<是流插入运算符，>>是流提取运算符。
4. 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。

#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;
}

// ps：关于cout和cin还有很多更复杂的用法，比如控制浮点数输出精度，控制整形输出进制格式等等。因为C++兼容C语言的用法，这些又用得不是很多，所以如果输出输入浮点数，我们还是采用C语言来实现。

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。

缺省参数：

#include<iostream>
using namespace std;void Fun(int a = 10, int b = 20, int c = 30) {cout << "a = " << a << endl;cout << "b = " << b << endl;cout << "c = " << c << endl << endl;}
int main() {Fun(1,2,3);Fun(1,2);Fun(3);Fun();return 0;
}

当我们来写一个函数的时候，如果我们传参了，那么就跟正常的一样，如果没传参，那么就会默认的用我们括号里面的值。

上面是缺省参数的四种形式，传参的时候如果我们想要修改其中的参数可以只传它的参数，没传参的就会默认括号里的值，但是不能进行跳跃传参，比如我们想只传b但是a，c还用默认值的话，这是办不到的。

还有一个是半缺省的形式，像上面的b，我们可以不给默认值，但是这时候传参的话就必须传值了。

举一个实际的例子：

#include<iostream>
using namespace std;struct Stack{int* a;int size;int capacity;
};
void StackInit(struct Stack* ps) {//ps->a = NULL;ps->a = (int*)malloc(sizeof(int) * 100);
}int main() {struct Stack st1;StackInit(&st1);return 0;
}

我们假设初始化栈的时候，开辟栈的大小使用malloc，但是当我们有以下三种情况的时候：

这种情况下我们又怎么进行动态开辟呢，大小该给多少呢？

这时候我们的缺省参数就派上用场了：

#include<iostream>
using namespace std;struct Stack{int* a;int size;int capacity;
};
void StackInit(struct Stack* ps ,int n = 4) {//ps->a = NULL;ps->a = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
}int main() {struct Stack st1;//确定要插入100个数据StackInit(&st1,100);struct Stack st2;//确定要插入10个数据StackInit(&st2,10);struct Stack st3;//不知道要插入多少的时候StackInit(&st3);return 0;
}

这样是不是就很方便呢。

那当声明与定义分离的时候，该在哪里给缺省参数呢？

答案是：声明。
首先声明和定义肯定是不能同时给缺省参数的，因为当两个缺省参数不同时，就会报错。

其次，缺省参数是在调用的时候用的，那么将缺省参数放在声明才不会在编译的时候报错。

最后，缺省值必须是常量或者全局变量。

函数重载：

C语言中我们不能命名相同名字的函数，在C++中我们可以命名相同函数的名字，但前提是：函数的参数的个数，类型，顺序不一样。

C语言做不到的，C++又是如何做到的呢？

C++明确了在调用的时候，不仅仅可以用函数的名字，还可以加上函数的参数类型合并起来在进行判断是否是重名的，并且还加上了参数数量的比较，就比如上面的两个Add，他们在编译完之后一个是Addci，另一个是Adddd。所以最后他们就是不同的函数。

但这里只是一个例子，不同的编译器会有不同的实现方式，但是思路都是一样的。

引用：

C语言中，我们如果想要指向一个变量的话，我们会将他的地址取出来存到指针变量里面，但是在针对一些复杂指针的时候，就很不方便，所以C++采用了引用。

#include<iostream>
using namespace std;
int main() {int a = 1;//引用int& b = a;cout << a << endl << b << endl;return 0;}

引用的形式就是：&（取地址符）,如上面代码int& b = a,此时b就是a的别称，例如周树人的笔名是鲁迅，那么鲁迅和周树人都是指同一个人。所以引用的作用，就是给a取了一个别名b，那么无论输出a还是输出b，结果都是1。

#include<iostream>
using namespace std;
//这是我们C语言中的交换函数，必须传递实参的地址。
void Swap(int* x, int* y) {int tmp = *x;*x = *y;*y = tmp;
}
//这是用引用的写法，这里的x，y就是两个实参的别名
void Swap(int& x, int& y) {int tmp = x;x = y;y = tmp;
}
int main() {int a = 1;int c = 5;cout << a <<"<->" << c << endl;//Swap(a, c);Swap(&a, &c);cout << a << "<->" << c << endl;Swap(a, c);cout << a <<"<->" << c << endl;return 0;}

交换函数正常的实现，这就是引用的用法。

注意事项：

1、引用必须初始化，不可以写成：

int& b;
b = c;

2、引用定义后不能改变指向，不能写成：

int& b = a;
int c = 3;
b = c; //这里就不是改变指向，而是赋值

3、一个变量可以有多个引用，多个别名

int main() {int a = 1;int& b = a;int& d = a;int& e = a;return 0;}

这里面的bde都是a的别名。

既然引用的作用与指针作用重叠。

那么有小伙伴要提问了，那引用不是就替代指针了？🤔🤔🤔

C++的引用是为了解决指针使用复杂场景的一些替换，让代码更简单易懂，但不能完全代替。

引用不能替代指针的原因：引用定义后不能改变指向。

例如：

在双向链表中，删除中间的结点，该删除结点的前一个和后一个要改变指向，这是引用做不到的。

引用还有更为广泛的应用就是：

void PushBack(struct ListNode** phead,int x) {//........
}
void PushBack(struct ListNode*& phead, int x) {//........
}
int main() {struct ListNode* pList = NULL;
}

假如我们在PushBack函数里要对指针进行修改，那么我们就必须传一个二级指针（如第一个写法），那有了引用之后（第二个写法）ListNode*phead就是ListNode*pList的一个别名，所以当然可以在PushBack函数进行修改了。

还有一种经常出现在书上的写法让一些刚学C语言的小伙伴们十分头疼：

typedef struct ListNode {ListNode* prev;ListNode* next;int val;
}LNode, *PNode;void PushBack(PNode& phead, int x) {//........
}
int main() {PNode pList = NULL;return 0;
}

这个*PNode就是struct ListNode的指针，所以指针类型就直接是PNode，然后再结合上&引用，就实现了这个的参数类型的写法。

然后我们来一个简易的顺序表感受一下C和C++的不同：

#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;struct SeqList {int* a;int size;int capacity;
};
void SLInit(SeqList& sl) {sl.a = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);sl.size = 0;sl.capacity = 4;
}
void SLModity(SeqList& sl, int pos,int x) {assert(pos >= 0);assert(pos < sl.size);sl.a[pos] = x;
}
void SLPushBack(SeqList& sl, int x) {sl.a[sl.size++] = x;
}
int SLGet(SeqList& sl, int pos) {assert(pos >= 0);assert(pos < sl.size);return sl.a[pos];
}
int main() {SeqList sl;SLInit(sl);SLPushBack(sl, 1);SLPushBack(sl, 2);SLPushBack(sl, 3);SLPushBack(sl, 4);for (int i = 0; i < sl.size; i++) {cout << SLGet(sl, i) <<" ";}cout << endl;for (int j = 0; j < sl.size; j++) {int val = SLGet(sl, j);if (val % 2 == 0) {SLModity(sl, j, val * 2);}}for (int i = 0; i < sl.size; i++) {cout << SLGet(sl,i) << " ";}return 0;}

这个代码嵌了一点点C++，但是跟C差不多。

#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;struct SeqList {int* a;int size;int capacity;void Init() {a = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);size = 0;capacity = 4;}void PushBack(int x) {a[size++] = x;}int& Get(int pos) {assert(pos >= 0);assert(pos <= size);return a[pos];}
};int main() {SeqList sl;sl.Init();sl.PushBack(1);sl.PushBack(2);sl.PushBack(3);sl.PushBack(4);for (int i = 0; i < sl.size; i++) {cout << sl.Get(i) <<" ";}cout << endl;for (int j = 0; j < sl.size; j++) {if (sl.Get(j) % 2 == 0) {sl.Get(j)*= 2;}}for (int i = 0; i < sl.size; i++) {cout << sl.Get(i) << " ";}return 0;}

这里如果用int不加引用的话，相当于返回的是一个临时拷贝，临时变量是建立在堆上的，并且临时变量具有常性（可以理解为被const修饰过的），那么我们肯定是没办法修改的。就算这里不考虑常性，那修改的也只是这个临时变量，并没有修饰到顺序表中的本体，但是加了引用之后，不产生临时变量，引用就相当于返回了他的别名，那么修改别名就是修改了本体。所以用引用返回值具有有了读写功能。

引用和指针的区别：

语法层面：

1、引用是别名，不开空间，指针是地址需要开空间。

2、引用必须初始化，指针可以初始化也可以不初始化。

3、引用不能改变指向，指针可以。

4、引用相对更安全，没有空引用，但是空指针，容易出现野引用，但是不容易出现野指针。

5、sizeof、++、解引用访问等上面的区别。

底层：

汇编层面上，没有引用只有指针，编译后引用也变成了指针。

在汇编层面上，引用和指针是没有区别的。

内联函数：

C语言调用函数是需要开销的，假如说C语言有一个频繁调用的小函数：

int Add(int a, int b) {return a + b;
}

假如这个相加的小函数需要调用100w次，那就需要建立100w个栈帧空间。

那C语言是如何解决这个问题的：宏函数。

#define Add(a,b) ((a)+(b))

但是宏有很多缺点：

1、语法复杂，坑较多，不容易控制。

2、不能调试。

3、没有安全类型的检查。

所以C++引出了内联函数：inline

inline int Add(int a, int b) {return a + b;
}

他的功能其实是和宏差不多，在多次调用的时候，不需要每次都建立栈帧。

并且优化了宏的缺点。

inline函数的特性：

1、内联函数是一种时间换空间的做法，如果编译器把函数当作内联函数使用的时候，在编译过程中，编译器会把函数体替换为函数调用。缺点：函数体展开使目标文件变大。(当函数体较长，再去多次调用多次展开，会出现代码膨胀）优点：减少函数调用开销，提高代码运行效率。

2、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。

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。

// F.h
#include <iostream>
using namespace std;
inline void f(int i);
// F.cpp
#include "F.h"
void f(int i)
{cout << i << endl;
}
// main.cpp
#include "F.h"
int main()
{f(10);return 0;
}
// 链接错误：main.obj : error LNK2019: 无法解析的外部符号 "void __cdecl 
//f(int)" (?f@@YAXH@Z)，该符号在函数 _main 中被引用

在C++中是比较排斥使用宏的，一般会采用以下方法来替代宏：

1、常量定义换用const、enum

2、短小函数定义换用inline

auto关键字：

1、类型思考：

随着我们学习的深入，变量的类型会越来越复杂，这就导致我们在使用的时候变得十分麻烦。

#include <string>
#include <map>
int main()
{std::map<std::string, std::string> m{ { "apple", "苹果" }, { "orange", "橙子" }, {"pear","梨"} };std::map<std::string, std::string>::iterator it = m.begin();while (it != m.end()){//....}return 0;
}

std::map<std::string, std::string>::iterator 是一个类型，但是该类型太长了，特别容易写错。

2、auto介绍：

auto 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。言简意赅就是auto可以根据变量的值自动推导变量的类型。

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;
}

【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。

auto的使用细则：

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，但用auto声明引用类型时则必须加&

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;
}

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; 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
}

3、auto不能使用的场景

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)
{}

2. auto不能直接用来声明数组

void TestAuto()
{int a[] = {1,2,3};auto b[] = {4，5，6};
}

基于范围的for循环(C++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 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;
}

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;
}

范围for相当于是依次取数组里面的值赋值给e，然后再将e输出，auto也是能更好的自动识别类型，以应对各种类型的数组，&是为了如果想要改变数组内容，那么我们引用就把e变成了数组每个元素的别名，就可以修改数组里面的值了。

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。

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

上面这个代码是不能用范围for的，现阶段范围for只能用于数组，但是在上面的TestFor函数中，array不是数组，而是一个指针。

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：

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。

所以从C++11以来用nullptr来填上了这个小坑。

#include<iostream>
using namespace std;
void f(int)
{cout << "f(int)" << endl;
}
void f(int*)
{cout << "f(int*)" << endl;
}
int main()
{f(0);f(NULL);f((int*)NULL);f(nullptr);int* p = nullptr;return 0;
}

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。