初阶1 入门
本章重点
- C++的关键字
- 命名空间
- C++的输入输出
- 缺省参数
- 函数重载
- 引用
- 内联函数
- auto关键字
- 基于范围的for循环
- 指针的空值nullptr
1.C++的关键字
c++总共有63个关键字，其中包含c语言的32个
这些关键字不需要特意去记，在我们日后写代码的过程中会慢慢用到并记住。
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。
2.1 命名冲突
#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); // stdlib库中有一个函数rand
return 0;
}
// 编译后后报错：error C2365: “rand”: 重定义；以前的定义是“函数”
namespace就可以解决这样的冲突
2.2 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。
- 一个命名空间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
//局部域->全局域->展开(编译时是否去命名空间)了的命名空间域 or 指定访问命名空间域
正常定义：
namespace zhangsan
{
// 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;
};
}
嵌套定义：
命名空间可以嵌套定义
// 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;
}
}
}
多文件定义：
同一个工程中可以定义多个同名的命名空间，最后编译的时候编译器会将这多个命名空间合并成一个。
// test.h
namespace N1
{
int Mul(int left, int right)
{
return left * right;
}
}
效果：
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;
}
}
int Mul(int left, int right)
{
return left * right;
}
}
2.3 命名空间的使用
定义一个命名空间：
namespace N1
{
int a;
int b;
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
}
如果想要使用命名空间中的成员有以下三种方法：
- 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引入命名空间中的成员
using N::b;
int main()
{
printf("%d\n", N::a);
printf("%d\n", b);
return 0;
}
- 使用
using namespace直接展开命名空间
using namespce N;
int main()
{
printf("%d\n", N::a);
printf("%d\n", b);
Add(10, 20);
return 0;
}
在项目中一般不直接展开命名空间，这样会导致命名污染，但是在平常练习时还是展开命名空间较为方便
也可以部分(指定)展开using std::cout;
3.C++的输入输出
我们来看下C++是如何来实现问候的。
#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：
- 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。 - 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+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;
}
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？
- 在日常练习中，建议直接using namespace std即可，这样就很方便。
- 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 缺省参数种类
全缺省函数
函数参数都有缺省值
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
只有部分参数有缺省值：
void Func(int a, int b = 10, int c = 20)
{
cout<<"a = "<<a<<endl;
cout<<"b = "<<b<<endl;
cout<<"c = "<<c<<endl;
}
注意:
- 半缺省参数必须从右往左依次来给出，不能间隔着给
- 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现(只在声明中出现)
- 缺省值必须是常量或者全局变量
- C语言不支持（编译器不支持）
5.函数重载
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。
5.2 重载方式
- 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;
}
- 参数个数不同
void f()
{
cout << "f()" << endl;
}
void f(int a)
{
cout << "f(int a)" << endl;
}
- 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;
}
5.3 重载原理
每个C/C++程序都会经历预处理、编译、汇编、链接，在汇编阶段会生成符号表，然后在链接阶段进行符号重定位等一系列操作，保证函数在程序运行期间能够成功调用。
进阶7-程序环境与预处理
Stack.h Stack.cpp Text.cpp
//预处理: 头文件展开/宏替换/条件编译/去掉注释…Stack.i Test.i
//编译: 检查语法,生成汇编代码Stack.s Test.s
//汇编: 汇编代码转变为机器代码(二进制代码)Stack.o Test.o
//链接: 生成可执行程序 (xxx.exe/a.out)
这里汇编阶阶段生成的符号表就是问题的关键所在，我们可以通过分别查看C语言的符号表和C++的符号表：
C语言符号表
#include <stdio.h>
int add(int a, int b)
{
return a + b;
}
void func(int a, double b)
{
printf("func(int a, double b);\n");
}
int main()
{
return 0;
}
符号表里面只有函数名
C++符号表
#include <stdio.h>
int add(int a, int b)
{
return a + b;
}
double add(double a, double b)
{
return a + b;
}
void func(int a, double b, int* ptr)
{
printf("func(int a, double b, int* ptr);\n");
}
int main()
{
return 0;
}
符号表中的函数名后面将函数的参数带上了
6.引用
6.1 引用概念
引用就是某一变量（目标）的一个别名，对引用的操作与对变量直接操作完全一样。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。
引用的声明方法： 类型标识符 &引用名=目标变量名
int a = 10;
int& ra = a;//<====定义引用类型
注意：引用类型必须和引用实体是同种类型
注意： 引用类型必须和引用实体是同种类型的
6.2 引用的特性
- 引用在定义时必须初始化
int a = 10;
int& ra = a;//<====定义引用类型
int& rb; // err
- 一个变量可以有多个引用
int a = 10;
int& ra = a;//<====定义引用类型
int& rb = a;
int& rra = ra; // 引用的引用 = 变量的引用
- 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体
int a = 10;
int b = 20;
int& ra = a;//<====定义引用类型
ra = b; // 对a进行赋值
6.3 常引用
常量与const修饰的变量的引用也要具有常性
void TestConstRef()
{
const int a = 10;
//int& ra = a; // 该语句编译时会出错，a为常量（权限不能放大）
const int& ra = a;
// int& b = 10; // 该语句编译时会出错，b为常量
const int& b = 10; //将b->10绑定(只能绑定常量),int&b = 10是错的
int c = 10;
const int& rc = c; // 权限可以缩小
double d = 12.34;
//int& rd = d; // 该语句编译时会出错，类型不同
const int& rd = d; //与b同理
}
注意:
强制类型转换时会产生临时变量,再将临时变量赋值给指定值,而临时变量具有常性(如:数字10,字符’a’等);
double dd=11.1;
int ii=dd;
int& rii=dd; //err
const int& crii=dd; //right
6.4 使用场景
6.4.1 做参数
先看一段代码：
//C语言的传址调用
void Swap1(int* p1, int* p2) {
int temp = *p1;
*p1 = *p2;
*p2 = temp;
}
//C++的引用调用
void Swap2(int& rx, int& ry) {
int temp = rx;
rx = ry;
ry = temp;
}
int main()
{
int x = 3, y = 6;
Swap1(&x, &y); // C传参
Swap2(x, y); // C++传参
return 0;
}
这里引用就相当于再swap2的函数定义是，给参数用一个引用（起一个别名），引用的改变，原来的数也会改变
能明显发现，使用引用的方法，来替换指针的使用，能更方便一点
引用作参数使用场景
- 输出型参数
- 大对象/深拷贝对象 (提高效率)
6.4.2 做返回值
下面这段代码中，我们再func里面定义了一个变量，出了作用域，n会销毁，编译器这时会用一个临时变量来记录n的值，编译器创建的临时变量时被const所修饰的，最会将n的值赋值给ret
int func()
{
int n = 0;
n++;
return n;
}
int main()
{
int ret = func();
cout << ret << endl;
ret = Cout();
cout << ret << endl;
return 0;
}
但如果我们返回的数据必须是被 static 修饰，或者是 动态开辟 的，再或者是 全局变量 等一些不会随着函数调用的结束而被销毁的数据，就可以使用引用做返回值
int& func()
{
static int n = 0;
n++;
return n;
}
int main()
{
int ret = func();
cout << ret << endl;
ret = Cout();
cout << ret << endl;
return 0;
}
int& func()
{
static int n = 0;
n++;
return n;
}
int main()
{
int& ret = func();//相当于int& a=b,&c=a;
cout << ret << endl;
ret = Cout();
cout << ret << endl;
return 0;
}
那么用引用返回有什么好处呢？
- 用引用返回，就会避免编译器产生临时变量，如果你返回的是一个结构一个类，那么这个临时变量会变得很大，会降低代码的效率
- 读写返回值
总结：
如果函数返回时，出了函数作用域，返回对象未销毁，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 引用和指针的区别
-
引用概念上定义一个变量的别名，指针存储一个变量地址。
-
引用在定义时必须初始化，指针没有要求
-
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
-
没有NULL引用，但有NULL指针
-
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)
-
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
-
有多级指针，但是没有多级引用
-
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
-
引用比指针使用起来相对更安全
7.内联函数
关键字：inline
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，内联函数会提升程序运行的效率。
普通函数：
内联函数：
C语言中的宏同样有内联函数的功能但是宏的缺点过于明显：
- 可读性差
- 宏由于类型无关，也就不够严谨。
- 宏可能会带来运算符优先级的问题，导致程序容易出现错。
- 宏是没法调试的。
- 内联函数继承了宏的优点的同时，又解决了宏的缺点，所以在平时尽量使用内联函数来替代宏。
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，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
在早期，使用auto修饰的变量，是具有自动存储器的局部变量。
在C++11 中：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。
8.1 使用规则
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&
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;
- 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。
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
8.2 不能推导的场景
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);
uto不能直接用来声明数组
int a[] = {1,2,3};
auto b[] = {4，5，6}; // err
9.范围for
9.1 使用语法
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。
for (auto e : array)
9.2 使用条件
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循环迭代的范围。
void TestFor(int array[]) // 数组名传参会退化为首地址，找不到尾
{
for(auto& e : array) // err
cout<< e <<endl;
}
10.指针的空值nullptr
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。
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。