目录

1. C++关键字(C++98)

2. 命名空间

2.1 命名空间定义

2.2 命名空间使用

3. C++输入&输出

4. 缺省参数

4.1 缺省参数概念

4.2 缺省参数分类

5. 函数重载

5.1函数重载概念

5.2 C++支持函数重载的原理--名字修饰(name Mangling)

6. 引用

6.1 引用概念

6.2 引用特性

6.3 常引用

6.4 使用场景

6.5 传值、传引用效率比较

6.6 引用和指针的区别

7. 内联函数

7.1 内联函数概念

7.2 内联函数特性

7.3 宏的优缺点

8. auto关键字(C++11)

8.1 类型别名思考

8.2 auto简介

8.3 auto的使用细则

8.3 auto不能推导的场景

9. 基于范围的for循环(C++11)

9.1 范围for的语法

9.2 范围for的使用条件

10. 指针空值nullptr(C++11)

10.1 C++98中的指针空值

---

本节知识点安排目的

C++是在C的基础之上，容纳进去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语言之后，对C++学习有一定的帮助，本章节主要目标：

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，比如：作用域方面、IO方面、函数方面、指针方面、宏方面等。
2. 为后续类和对象学习打基础

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。

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

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”

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。

//  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。
//  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;
	}
}

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;
  	};
  }

命名空间的使用有三种方式：

        一、加命名空间名称及作用域限定符

int main()
{
    printf("%d\n", N::a); 
    return 0;
}

        二、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;
  }

        三、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); 

    return 0;
}

3. C++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。
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;
}
// 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，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，使用默认的参数
	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
3. 缺省值必须是常量或者全局变量
4. C语言不支持（编译器不支持）

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。(老师要带同学们回顾一下)
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
6. +函数名+类型首字母】。

• 采用C语言编译器编译后结果

1. 

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；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。

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"。

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；

void TestRef()
{
    int a = 10;
    int& ra = a; //<====定义引用类型

    printf("%p\n", &a);
    printf("%p\n", &ra);
}

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的

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

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

        一、做参数

void Swap(int& left, int& right)
{
    int temp = left; 
    left = right; 
    right = temp;
}

        二、做返回值

int& Count()
{
static int n = 0; n++;
// ... return n;
}

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。

#include <time.h>
struct A{ int a[10000]; }; 
void TestFunc1(A a){}

void TestFunc2(A& a){}


void TestRefAndValue()
{
    A a;
    // 以值作为函数参数
    size_t begin1 = clock();
    for (size_t i = 0; i < 10000; ++i) 
        TestFunc1(a);
    size_t end1 = clock();

    // 以引用作为函数参数
    size_t begin2 = clock();
    for (size_t i = 0; i < 10000; ++i) 
        TestFunc2(a);
    size_t end2 = clock();

    // 分别计算两个函数运行结束后的时间
    cout << "TestFunc1(A)-time:" << end1 - begin1 << endl; 
    cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;
}

值和引用的作为返回值类型的性能比较

#include <time.h>
struct A{ int a[10000]; };


A a;
// 值返回
A TestFunc1() { return a;}
// 引用返回
A& TestFunc2(){ return a;}


void TestReturnByRefOrValue()
{
    // 以值作为函数的返回值类型
    size_t begin1 = clock();
    for (size_t i = 0; i < 100000; ++i) 
        TestFunc1();
    size_t end1 = clock();

    // 以引用作为函数的返回值类型
    size_t begin2 = clock();
    for (size_t i = 0; i < 100000; ++i) 
        TestFunc2();
    size_t end2 = clock();

    // 计算两个函数运算完成之后的时间
    cout << "TestFunc1 time:" << end1 - begin1 << endl; 
    cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;
}

通过上述代码的比较，发现传值和指针在作为传参以及返回值类型上效率相差很大。

6.6 引用和指针的区别

        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 内联函数概念

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。

在release模式下，查看编译器生成的汇编代码中是否存在call Add

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 内联函数特性

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。
3. 《C+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。

7.3 宏的优缺点

优点：

1. 增强代码的复用性。
2. 提高性能。

缺点：

1. 不方便调试宏。（因为预编译阶段进行了替换）
2. 导致代码可读性差，可维护性差，容易误用。
3. 没有类型安全的检查 。

C++有哪些技术替代宏？

1. 常量定义 换用const enum
2. 短小函数定义 换用内联函数

8. auto关键字(C++11)

8.1 类型别名思考

随着程序越来越复杂，程序中用到的类型也越来越复杂，经常体现在：

1. 类型难于拼写
2. 含义不明确导致容易出错

#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。聪明的同学可能已经想到：可以通过typedef给类型取别名，比如：​​​​​​​

#include <string> #include <map>

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

使用typedef给类型取别名确实可以简化代码，但是typedef有会遇到新的难题：

typedef char* pstring;


int main()
{
    const pstring p1; // 编译成功还是失败？ 
    const pstring* p2; // 编译成功还是失败？ 
    return 0;
}

在编程时，常常需要把表达式的值赋值给变量，这就要求在声明变量的时候清楚地知道表达式的类型。然而有时候要做到这点并非那么容易，因此C++11给auto赋予了新的含义。

8.2 auto简介

在早期C/C++中auto的含义是：使用auto修饰的变量，是具有自动存储器的局部变量，但遗憾的是一直没有人去使用它；

C++11中，标准委员会赋予了auto全新的含义即：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。

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。

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
}

8.3 auto不能推导的场景

        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};
}

1. 为了避免与C++98中的auto发生混淆，C++11只保留了auto作为类型指示符的用法
2. auto在实际中最常见的优势用法就是跟以后会讲到的C++11提供的新式for循环，还有 lambda表达式等进行配合使用。

9. 基于范围的for循环(C++11)

9.1 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;
}

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。

9.2 范围for的使用条件

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。

注意：以下代码就有问题，因为for的范围不确定

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

10. 指针空值nullptr(C++11)

​​​​​​​10.1 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;

    // ……
}

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。