第一节- C++入门

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。

 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;
// 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”

• 因为在标准库里有rand这个函数，在预处理阶段把头文件拷贝过来，在全局域就有两个rand了，所以编译器认为rand“重定义”

2.1 命名空间定义

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。

1. namespace本质是定义出⼀个域，这个域跟全局域各⾃独⽴，不同的域可以定义同名变量，所以下⾯的rand不在冲突了。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
namespace mytest
{
    // 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;
    };
}
int main()
{
    // 这⾥默认是访问的是全局的rand函数指针 
    printf("%p\n", rand);
    // 这⾥指定mytest命名空间中的rand 
    printf("%d\n", mytest::rand);
    return 0;
}

2.2::域作用限定符

C++中域有函数局部域，全局域，命名空间域，类域；域影响的是编译时语法查找⼀个变量/函数/ 类型出处(声明或定义)的逻辑，所以有了域隔离，名字冲突就解决了。局部域和全局域除了会影响编译查找逻辑，还会影响变量的⽣命周期，命名空间域和类域不影响变量⽣命周期。
 

这二者的生命周期都是整个工程

namespace只能定义在全局，当然还可以嵌套定义。
因为命名空间解决的就是全局域里名字冲突的情况，而局部域本来自带就有隔离，所以没有必要使用。

//命名空间可以嵌套 
namespace all
{
    // xiaoming
    namespace xm
    {
        int rand = 1;
        int Add(int left, int right)
        {
            return left + right;
        }
    }
    //zhangsan  
    namespace zs
    {
        int rand = 2;
        int Add(int left, int right)
        {
            return (left + right)*10;
        }
    }
}

int main()
{
    printf("%d\n", all::xm::rand);
    printf("%d\n", all::zs::rand);
    printf("%d\n", all::xm::Add(1, 2));
    printf("%d\n", all::zs::Add(1, 2));
    return 0;
}

项⽬⼯程中多⽂件中定义的同名namespace会认为是⼀个namespace，不会冲突。

多⽂件中可以定义同名namespace，他们会默认合并到⼀起，就像同⼀个namespace⼀样

2.3 命名空间使用

1. 命名空间中成员该如何使用呢？比如：

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;}

}

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;}

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

使用using将命名空间中某个成员引入

使用using namespace 命名空间名称 引入

3. C++输入&输出

新生婴儿会以自己独特的方式向这个崭新的世界打招呼，C++刚出来后，也算是一个新事物，

那C++是否也应该向这个美好的世界来声问候呢？我们来看下C++是如何来实现问候的。

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;

}

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

• 全缺省

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

5. 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。

比如：以前有一个笑话，国有两个体育项目大家根本不用看，也不用担心。一个是乒乓球，一个是男足。前者是“谁也赢不了！”，后者是“谁也赢不了！”😊

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;

}

5.2 C++支持函数重载的原理--名字修饰(name Mangling)

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。

【扩展学习：C/C++函数调用约定和名字修饰规则--有兴趣好奇的同学可以看看，里面有对vs下函数名修饰规则讲解】
C/C++ 函数调用约定-CSDN博客

6. 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。

7. 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。

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。

比如：李逵，在家称为"铁牛"，江湖上人称"黑旋风"。😊

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;

}

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;
}

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

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：

int main()

{

int a = 10;

int& ra = a;

cout<<"&a = "<<&a<<endl; cout<<"&ra = "<<&ra<<endl;

return 0;

}

---

int main()

{

int a = 10;

int& ra = a;

ra = 20;

int* pa = &a;

*pa = 20;

return 0;

}

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。

如果在上述函数前增加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。

查看方式：

1. 在release模式下，查看编译器生成的汇编代码中是否存在call Add

2. 在debug模式下，需要对编译器进行设置，否则不会展开(因为debug模式下，编译器默认不

会对代码进行优化，以下给出vs2013的设置方式)

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。

下图为《C++prime》第五版关于inline的建议：

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

// 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

8. 指针空值nullptr(C++11)

8.1 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;

// ……

}

 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。

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。