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相关代码gitee自取:
C语言学习日记: 加油努力 (gitee.com)
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接上期:
【数据结构初阶】十一、归并排序(比较排序)的讲解和实现
(递归版本 + 非递归版本 -- C语言实现)-CSDN博客
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引入:什么是C++
- C语言是结构化和模块化的语言,适合处理较小规模的程序。
对于复杂的问题,规模较大的程序,需要高度的抽象和建模时,C语言就不合适了。
为了解决软件危机,20世纪80年代,计算机界提出了:
OOP(object oriented programming:面向对象)思想,
支持面向对象的程序设计语言应运而生
- 1982年,Bjarne Stroustrup博士在C语言的基础上引入并扩充了面向对象的概念,
发明了一种新的程序语言,为了表达该语言与C语言的渊源关系,命名为C++
- 因此:C++是基于C语言而产生的,
它即可以进行C语言的过程化程序设计,
又可以进行以抽象数据类型为特点的基于对象的程序设计,
还可以进行面向对象的程序设计
- C++是在C语言的基础之上,容纳了面向对象编程思想,
并增加了许多有用的库,以及编程范式等。
熟悉C语言的话,对C++的学习有一定的帮助
- 本篇博客主要目标:
1、补充C语言语法的不足,以及C++是如何对C语言设计不合理的地方进行优化的,
如:作用域方面、IO方面、函数方面、指针方面、宏方面等
2、为后续了解类和对象打下基础
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引入:C++的发展史
1979年,贝尔实验室的本贾尼等人试图分析unix内核的时候,
试图将内核模块化,于是在C语言的基础上进行扩展,增加了类的机制,
完成了一个可以运行的预处理程序,称之为 C with classes
C++语言也进行着逐步递进、由浅入深的过程
C++的历史版本:
阶段 内容 C with classes 类及派生类、公有和私有成员、类的构造和析构、友元、内联函数、赋值运算符
重载等C++1.0 添加虚函数概念,函数和运算符重载,引用、常量等 C++2.0 更加完善支持面向对象,新增保护成员、多重继承、对象的初始化、抽象类、静态成员以及const成员函数 C++3.0 进一步完善,引入模板,解决多重继承产生的二义性问题和相应构造和析构的处理 C++98 C++标准第一个版本,绝大多数编译器都支持,得到了国际标准化组织(ISO)和美国标准化协会认可,以模板方式重写C++标准库,引入了STL(标准模板库) C++03 C++标准第二个版本,语言特性无大改变,主要:修订错误、减少多异性 C++05 C++标准委员会发布了一份计数报告(Technical Report -- TR1),正式更名为C++0x,
即:计划在本世纪第一个10年的某个时间发布C++11 增加了许多特性,使得C++更像一种新语言,
如:正则表达式、基于范围for循环、auto关键字、新容器、列表初始化、标准线程库等C++14 对C++11的扩展,主要是修复C++11中的漏洞以及改进,
如:泛型的lambda表达式,auto的返回值类型推导,二进制字面常量等C++17 在C++11上做了一些小幅改进,增加了19个新特性,
如:static_assert()的文本信息可选,Fold表达式用于可变的模板,
if 和 switch 语句中的初始化器等C++20 自C++11以来最大的发行版,引入了许多新的特性,
如:模块(Modules)、协程(Coroutines)、范围(Ranges)、概念(Constraints)
等重大特性;
还有对已有特性的更新,如:Lambda支持模板、范围for循环支持初始化等C++23 制定中……
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一、C++关键字(C++98版本)
C++总计63个关键字,包含C语言的32个关键字
该C++版本关键字表格:
asm do if return try continue auto double inline short typedef for bool dynamic_cast int signed typeid public break else long sizeof typename throw case enum mutable static union wchar_t catch explicit namespace static_cast unsigned default char export new struct using friend class extern operator switch virtual register const false private template void true const_cast float protected this volatile while delete goto reinterpret_cast (红色关键字为之前C语言博客有提到或使用过的关键字)
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二、namespace -- 命名空间关键字
(1). 命名空间的作用:
在C/C++中,变量、函数和后面要了解的类都是大量存在的,
这些变量、函数和类的名称都将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示例:
(2). 命名空间的定义:
- 定义命名空间,需要使用到namespace关键字,
关键字后接命名空间的名称,然后再加上一对大括号{}即可,
大括号{}中内容为命名空间的成员
在一般开发中,会使用项目的名称作为命名空间的名称
一般命名空间的定义:
命名空间嵌套子命名空间:
存在多个相同名称的命名空间:
- 同一个工程中允许存在多个相同名称的命名空间,
编译器最后会合并成同一个命名空间
- 一个工程中的 test.h(头文件) 和 text.cpp(C++文件)中
两个同名命名空间会被合并成一个
(3). 命名空间的使用:
定义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,
所以不能通过直接调用来使用命名空间中的内容,
命名空间的使用有三种方式:
方式一:
加命名空间名称和作用域限定符
- 作用域限定符(两个冒号) -- : :
方式二:
using namespace 命名空间名称 展开命名空间
- 使用 using namespace 命名空间名称 可以展开对应的命名空间,
展开后可以直接通过该命名空间中成员的名称使用该成员
- 但是使用该方式对命名空间的展开,
会导致命名空间的所有内容暴露出来,
可能又会导致命名冲突问题
- 所以一般在自己使用时为了方便才会使用该方式,
如果是项目工程,该方式一定要慎重使用,可能会出大问题的
方式三:
使用using关键字只展开命名空间中的某个成员
- 通过方式二直接展开命名空间会有命名冲突的风险,
那么我们可以通过:
using 命名空间名称::指定成员
来指定只展开命名空间中的某个成员
- 这种方式是比较常用的,
通常是对一些常用的成员(对象)进行使用,
来避免频繁使用方式一调用命名空间,减轻代码冗余
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三、C++输出&输入
C++中有了新的输入和输出方法,虽然说有了新的输入输出方法,
但之前C语言中的输入和输出方法也是可以用的,
在了解C++的输入和输出方法前,需要先了解以下概念:
std -- C++标准库命名空间
std是C++标准库的命名空间名,C++将标准库的定义实现都放在这个命名空间中,
上一标题我们知道了使用命名空间的三种方式,而使用std命名空间的方式要考虑实际情况:
std命名空间的使用惯例:
- 在自己的日常练习中,建议直接方式二即可,
即:using namespace std
这样使用std命名空间就很方便了,不用频繁使用方式一进行操作
- 而在项目工程中,using namespace std 展开(方式二展开),
标准库就全部暴露出来了,如果我们定义了跟库中重名的 类型/对象/函数 ,
就会存在命名冲突问题。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方式三指定展开,
即:using std::成员(对象)名
来指定展开std命名空间中常用的几个库对象/类型/成员,
像是C++输出时使用的cout,输入时使用的cin
cout 和 cin
- cout -- console(控制台) out -- 标准输出对象(控制台) -- 流插入
cin -- console(控制台) in -- 标准输入对象(键盘) -- 流提取
- 使用cout标准输出对象和cin标准输入对象时,
需要包含 <iostream> 头文件(IO流头文件)以及 按命名空间使用方法使用std注:C++ <iostream>头文件 不需要像C语言一样加“.h”后缀
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(标准库所有功能)实现在std命名空间下,
为了和C语言头文件区分,也为了正确使用命名空间,规定C++头文件不加“.h”后缀。
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命名空间 的方式
- cout 和 cin 是全局的流对象,endl(endline)是特殊的C++符号,表示换行输出,
他们都包含在 <iostream>头文件 中
- 使用cout进行输出时还需要用到: << -- 流插入运算符
使用cin进行输入时还需要用到: >> -- 流提取运算符
(在C语言中,<< 和 >> 是位于算符,在C++中又多了以上身份)
- 使用C++输入和输出相对C语言更方便,
不需要像 scanf / printf 输入输出时要手动控制格式(%d、%p……),
C++的输入和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,这里只是简单了解并使用
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,控制整型输出进制格式等,但并不常用,
实在需要使用时可以用C语言来操作(C++兼容C语言的操作)示例:
对应代码:
//包含IO流头文件: #include <iostream> //指定展开命名空间成员: using std::cout; //指定展开标准输出对象(控制台) using std::cin; //指定展开标准输入对象(键盘) using std::endl; //指定展开C++换行符号 int main() { int a = 10; //整型变量 double b = 3.14; //浮点型变量 cout << "使用cout打印当前a和b:" << endl; //使用cout进行输出: cout << a << endl << b << endl; /* * 通过cout标准输出对象和<<流插入运算符进行输出打印: * * 先将a这个变量流进std::cout这个控制台中打印, * 再进行endl换行,再将b这个变量 * 流进std::cout这个控制台中打印,再换行。 * * 即使 a变量 和 b变量 的类型不同也能打印 * C++的输入和输出可以自动识别变量类型 */ cout << "使用cin分别输入数据到a和b:" << endl; //使用cin进行输入: cin >> a >> b; /* * 通过cin标准输入对象和>>流提取运算符对数据进行输入: * * 让你在控制台上输入的数据分别流入a和b这两个变量中 * * 即使 a变量 和 b变量 的类型不同也能输入 * C++的输入和输出可以自动识别变量类型 */ cout << "输入后再使用cout进行输出打印:" << endl; cout << a << endl << b << endl; return 0; }
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四、缺省参数
(1). 缺省函数的概念:
缺省参数是在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,有了缺省参数后,可以调整参数的各种形式来调用该函数
- 缺省值必须是常量或者全局变量
- C语言不支持缺省参数(编译器不支持)
- 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现
(2). 缺省函数的分类:
全缺省参数:
函数的所有参数都设置对应的缺省参数
图示:
半缺省参数:
只对函数的部分参数设置对应的缺省参数
- 半缺省参数必须从右往左依次来给出,不能间隔着给
(传参“从左往右”传,半缺省参数“从右往左”给)图示:
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五、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
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、参数类型、类型顺序)不同,
函数重载常被用来处理实现功能类似但数据类型不同的问题图示:
(难)C++支持函数重载的原理 -- 名字修饰(name Mangling)
为什么C语言不支持函数重载,而C++支持函数重载?
要解决这个问题,需要先了解一下编译链接的过程,往期相关博客:
学C的第三十四天【程序环境和预处理】_高高的胖子的博客-CSDN博客
简单解释编译链接过程:
假设我们现在有三个文件:
Func.h Func.cpp Test,cpp
(函数声明) (函数实现) (主函数调用)
执行主函数时需要进行以下过程:
预处理 => 编译 => 汇编 => 链接
现有文件和其内容:
预处理:
- 预处理过程操作包括:头文件展开(主要) / 宏替换 / 条件编译 / 去除注释
在 Fun.cpp文件 和 Test.cpp文件 中,因为都包含了 Func.h头文件 ,
所以在预处理时会对头文件进行展开,之后会生成预处理文件:Func.i文件 和 Test.i文件,
所以在 Func.i文件 中就会有Func函数的声明和实现(Func.i:函数声明和定义),
而 Test.i文件 中会有被调用的函数的声明和调用(Test.i:函数的声明和实际调用)
编译:
- 编译过程操作包括:检查语法是否错误 / 生成汇编代码
进行编译时会生成汇编代码文件(.s文件),
即 Func.s文件 和 Test.s文件(分别由 Func.i文件 和 Test.i文件 生成),
Func.s文件 中存放了两个重载函数对应的汇编代码,
而 Test.s文件 中则存放了主函数(main函数)的汇编代码,
包括被调用的两个重载函数的汇编代码,
而要调用这两个重载函数,还需要用到汇编语言中的 call指令 来获取函数的地址。
但在编译阶段,因为 Test.i文件 中只包含了 Func.h头文件,只有函数声明,没有函数实现,
所以 call指令 还无法获得对应的函数地址。
在这种情况下,编译器会判断调用的函数和头文件中函数是否匹配,如果匹配的话,
即使 call指令 还没找到函数地址,也可以先让其通过编译(方便实现多文件项目)
汇编:
- 汇编过程操作包括:将汇编代码文件中的代码转换为二进制的机器码
(二级制的机器码:CPU能“读懂”的代码)汇编后会生成目标文件(.o文件),
即 Func.o文件 和 Test,o文件(分别由 Func.s文件 和 Test.s文件 生成),两个文件都将汇编代码转换成了对应的二进制机器码
链接:
- 链接过程操作包括:将目标文件链接合并到一起,链接一些没有确定函数地址等等
将汇编操作中的 Func.o文件 和 Test.o文件 合并为 a.out文件(默认情况下),
合并后的 a,out文件 中:
之前在编译过程中call指令未找到的函数地址,可以在合并后的 a.out文件 中找到
(因为合并前的 Func.o文件 就包含对应函数的实现)
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C++支持重载函数,而C语言不支持的原因:
通过上面对编译链接过程的简单了解,我们可以知道:
在编译过程中 call指令 还未找到被调用函数的地址,直到链接过程合并文件后才能够找到
C语言不支持重载函数的原因:
在C语言中,没有重载函数,即函数名唯一的情况下,
要找函数地址只需要通过唯一的函数名即可找到,
即在链接过程中通过唯一的函数名在 Func.o目标文件 中的符号表进行对地址的查找,所以如果C语言中有重载函数,函数名不唯一的情况下就无法在链接过程中找到函数地址,
因此C语言无法支持重载函数
C++支持重载函数的原因 -- 名字修饰(name Mangling):
(注:不同编译器实现方式不同,这里以Linux中的g++为例)
在C++中有重载函数的情况下,即函数名不唯一的情况下,
C++有一个函数,可以通过函数名和参数情况修饰出一个新的函数名字,
函数名相同但参数情况不同,就能修饰出不同的函数名字,
再通过修饰出的函数名字来查找对应的函数地址。
- 修饰名字构成方式:
_Z + 函数名字符个数 + 函数名 + 各参数首字母
假设有一个函数:Func(int a, double b) ,修饰后的函数名字为:_Z4Funcid
假设有另一个函数:Func(double b, int a) ,修饰后的函数名字为:_Z4Funcdi
所以即使函数名相同,也可以通过参数情况来创建出不同的函数名字