【c++】c++入门（上）

0.前言

由于c++完全是由c语言演变而来，所以c++是完全兼容c语言的，c语言中的语法都可在c++中使用，但正因为c语言有很多语法的不足，我们的祖师爷，也就是c++之父增加了一些可以补足c语言的不足之处，c++在c语言的基础上增加了各种语法，与面向对象的编程思维，一些非常有用的库，以及编程范式等。

1.c++关键字

C++总计63个关键字，C语言32个关键字

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。

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。

 c语言中就没有命名空间这一概念，这正是c语言的不足。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int rand = 10;
// 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”

 我们知道在c语言中rand是一个对应于stdlib.h的库函数，我们在c语言中想要定义一个同名变量，那语法是不允许我们这样做的。所以命名空间就大有可为了。

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。

// 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。
// 我们上课用的是bit，大家下去以后自己练习用自己名字缩写即可，如张三：zs
// 1. 正常的命名空间定义
namespace bit
{
 // 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。
// 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 

2.2 命名空间的使用

命名空间中成员该如何使用呢？比如：

namespace bit
{
 // 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

 既然出现了c++这种新的语言，我们知道每种语言都应该有一套自己独特的打招呼的方式吧，那么c++的打招呼方式是怎样的？

#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。
5. 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，这些知识我们我们后续才会学习，所以我们这里只是简单学习他们的使用。后面我们还有有一个章节更深入的学习IO流用法及原理。

注意：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，使用时只需包含对应头文件即可，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，后续编译器已不支持，因此推荐使用<iostream>+std的方式。

#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;
}

 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，我们这里就不展开学习了。后续如果有需要，我们再配合文档学习。

 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.缺省函数

4.1 缺省函数概念

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;
 }

• 半缺省参数

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. 半缺省并不是缺省一半的参数，而是部分缺省。
2. 半缺省参数必须从右往左依次来给出，不能间隔着给
3. 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现

规定缺省参数是只能在声明中出现的。

这是为什么呢？

这里我们就要有函数栈帧的创建与销毁的相关知识了。

我们知道一个程序一个完整的执行过程是要经过预处理--》编译--》汇编--》链接四个阶段。

预处理阶段：头文件展开/宏替换/去掉注释/条件编译--》生成.i文件

编译阶段：检查语法生成汇编代码 --》生成.s文件

汇编阶段：将汇编代码转化成二进制机器码--》生成.o文件

链接阶段：将所有的.cpp文件合并到一起--》生成a.out文件

所以我们的函数声明是留在头文件中的，而定义是在.cpp文件中

我们知道函数名代表的是函数的地址，那通过汇编代码的call命令进行调用函数时，最初是不知道函数的地址的，只有在最终链接到函数真正的定义时，函数开始执行的第一条指令所对应的地址就是我们这个函数的真正地址。

所以我们不能在定义中进行缺省操作，这样很容易造成歧义。

5.函数重载

我们知道我们很多词语都是有多重含义的，那么这样我们的函数名是不是也可以有多重含义呢？

5.1 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。

#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--名字修饰

为什么C++支持函数重载，而C语言不支持函数重载呢？
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。 

1.  实际项目通常是由多个头文件和多个源文件构成，而通过C语言阶段学习的编译链接，我们可以知道，【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。那么怎么办呢？
2. 所以链接阶段就是专门处理这种问题，链接器看到a.o调用Add，但是没有Add的地址，就会到b.o的符号表中找Add的地址，然后链接到一起。
3. 那么链接时，面对Add函数，链接接器会使用哪个名字去找呢？这里每个编译器都有自己的函数名修饰规则。
4. 由于Windows下vs的修饰规则过于复杂，而Linux下g++的修饰规则简单易懂，下面我们使用了g++演示了这个修饰后的名字。
5. 通过下面我们可以看出gcc的函数修饰后名字不变。而g++的函数修饰后变成【_Z+函数长度+函数名+类型首字母】。

•  采用C语言编译器编译后结果

 结论：在linux下，采用gcc编译完成后，函数名字的修饰没有发生改变。

• 采用C++编译器编译后结果

 结论：在linux下，采用g++编译完成后，函数名字的修饰发生改变，编译器将函数参数类型信息添加到修改后的名字中。

• Windows下名字修饰规则

 对比Linux会发现，windows下vs编译器对函数名字修饰规则相对复杂难懂，但道理都是类似的，我们就不做细致的研究了。

1. 通过这里就理解了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。
2. 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。