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系列专栏：〖C/C++小游戏〗〖Linux〗〖数据结构〗 〖C语言〗
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一、 命名空间
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int rand = 10;
int main()
{
printf("%d", rand);
return 0;
}// 编译后会报错：error C2365: “rand”: 重定义；以前的定义是“函数”
在这段程序中，不引用头文件#include <stdlib.h>是可以正常运行的，但引用后程序就会报错，这是什么原因呢？因为 rand 在 <stdlib.h> 中已有了定义，这里报了重定义的错误。
1.1 命名空间的定义
命名空间的定义由两部分构成：首先是关键字namespace，后面跟命名空间的名字，然后接一对花括号，花括号中即为命名空间的成员。
1. 命名空间可以定义变量/函数/类型
2. 命名空间可以嵌套
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。
namespace A
{
// 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;
};
}
//命名空间可以嵌套
namespace a
{
namespace b
{
void push()
{
cout << 'b' << endl;
}
}
}
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
- 用一个工程中允许出现多个相同名称的命名空间，编译器最后会将它们合并为一个命名空间。
1.2 命名空间使用
命名空间的使用三种方式:
1.2.1 加命名空间名称及域作用限定符
namespace N
{
int a = 10;
int b = 5;
}
int main()
{
printf("%d\n", N::a);
return 0;
}
1.2.2 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;
}
1.2.3 使用using namespace 命名空间名称 引入（展开命名空间）
namespace N
{
int a = 10;
int b = 5;
}
int a = 20;
using namespace N;
int main()
{
printf("%d\n", a); //a不明确，有二义性
printf("%d\n", ::a); //访问全局的a
printf("%d\n", N::a); //访问N中的a
printf("%d\n", b);
return 0;
}
注意：
如果命名空间没有展开，编译器默认是不会搜索命名空间中的变量，去访问变量是访问不到的。
访问的优先级：局部域 > 全局域
1.3 std命名空间的使用
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；
（2）在项目开发中代码较多、规模 大，就很容易出现跟库重名的类型、对象、函数问题。所以建议在项目开发中像std::cout这样使用，或者using std::cout展开常用的库对象、类型等方式。
二、C++输入和输出
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
int a = 0;
double b = 0;
cin >> a >> b;//流提取运算法
cout << a << " " << b << endl;//流插入运算法 endl相当于换行
cout << a << " " << b << '\n';
return 0;
}
- 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。
三、缺省参数
3.1 缺省参数的定义
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。
#include<iostream>
using namespace std;
void Test(int a = 0)
{
cout << a << endl;
}
int main()
{
Test();//没有传参时，使用参数的默认值a=0
Test(1);//传参时，使用指定的实参a=1
}
3.2 缺省参数分类
(1)全缺省参数（全默认参数）–所有参数都给了缺省值
void Test(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{
cout << "a = " << a ;
cout << " b = " << b ;
cout << " c = " << c << endl;
}
int main()
{
Test(1, 2, 3);
Test(1, 2);
Test(1);
Test();
return 0;
}
输出结果：
注：全缺省参数在传参时，参数是按照从左往右的顺序进行缺省的，不能跳着缺省，例如:Test(1, ,3) ，让第一个形参和第三个形参都使用传递值，而让第二个参数使用缺省值，这种做法是不被允许的。
(2)半缺省参数 – 部分的参数给了缺省值
void Test(int a , int b = 20, int c = 30)
{
cout << "a = " << a ;
cout << " b = " << b ;
cout << " c = " << c << endl;
}
int main()
{
Test(1, 2, 3);
Test(1, 2);
Test(1);
return 0;
}
注：
1. 半缺省参数必须从右往左依次来给出，不能跳跃着传
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. 函数的声明和定义分离时，必须在声明给缺省值
四、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。
4.1 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。
4.2 函数重载的种类
（1）参数类型不同
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
double Add(double left, double right)
{
return left + right;
}
int main()
{
cout << Add(1, 2) << endl;
cout << Add(1.23, 7.8) << endl;
return 0;
}
上面的代码定义了两个同名的Add函数，但是它们的参数类型不同，第一个函数的两个参数都是int型，第二个函数的两个参数都是double型，在调用Add函数的时候，编译器会根据所传实参的类型自动判断调用哪个函数。
（2）参数个数不同
void fun()
{
cout << "fun()" << endl;
}
void fun(int a)
{
cout << "fun(a)" << endl;
}
int main()
{
fun();
fun(8);
return 0;
}
上面的代码定义了两个同名的fun函数，但是它们的参数个数不同，第一个函数没有参数，第二个函数有俩个参数，在调用fun函数的时候，编译器会根据所传实参的个数自动判断调用哪个函数。
（3）参数类型顺序不同
void Fun(int a, char b)
{
cout << " Fun(int a,char b)" << endl;
}
void Fun(char a,int b)
{
cout << " Fun(char a,int b)" << endl;
}
int main()
{
Fun(1, 'i');
Fun('i', 1);
return 0;
}
（4）有缺省参数的
void Fun()
{
cout << "f()" << endl;
}
void Fun(int a = 10)
{
cout << "f(int a)" << endl;
}
int main()
{
Fun(); //无参调用会出现歧义
Fun(1); //调用的是第二个
return 0;
}
上面代码中的两个Fun函数构成函数重载，编译可以通过，因为第一个没有参数，第二个有一个整型参数，属于上面的参数个数不同的情况。但是Fun函数存在一个问题：在没有参数调用的时候会产生歧义，因为有缺省参数，所以对两个Fun函数来说，都可以不传参。
注意⚠️：
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。
4.3 C++支持函数重载的原理
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。
我们想理解清楚函数重载，还要了解函数签名的概念，函数签名包含了一个函数的信息，包括函数名、它的参数类型、他所在的类和名称空间以及其他信息。函数签名用于识别不同的函数。 C++编译器和链接器都使用符号来标识和处理函数和变量，所以对于不同函数签名的函数，即使函数名相同，编译器和链接器都认为他们是不同的函数。
Linux环境下采用C语言编译器编译后结果：
可以看出经过gcc编译后，函数名字的修饰没有发生改变。这也就是为什么C语言不支持函数重载，因为同名函数没办法区分。
采用C++编译器编译后结果：
其中_Z是固定的前缀；3表示函数名的长度；Add就是函数名；i是int的缩写，两个i表示两个参数都是int类型，d是double的缩写，两个d表示两个参数都是double类型。C++就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。通过分析可以发现，修饰后的名称中并不包含任何于函数返回值有关的信息，因此也验证了上面说的返回值的类型与函数是否构成重载无关。
总结：
C语言之所以没办法支持重载，链接的时候依照函数名去符号表转换（因为cpu只能看懂二进制的数字--->转换）来获取函数地址，结果2个函数名一样（转换得到的结果一样），区分不了。
C++是通过函数修饰规则来区分，只要是参数类型，参数个数，参数顺序不同，修饰出来的名字就不一样，就支持了重载。
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。
五、引用
5.1 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。
语法：
类型& 引用变量名（对象名）=引用实体
int main() { int a = 0; int& b = a; return 0; }注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的
5.2 引用特性
1. 引用在定义时必须初始化
int main()
{
int a = 10;
int& b; //错误的
int& b = a;//正确的
return 0;
}
在使用引用时，我们必须对变量进行初始化。int& b = a;，这样的代码才是被允许的。
2.一个变量可以有多个引用
int main()
{
int a = 10;
int& b = a;
int& c = a;
return 0;
}
上面代码中，b和c都是a的别名。比如：李逵，在家称为"铁牛"，江湖上人称"黑旋风"。
3. 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体
int main()
{
int a = 10;
int b = 20;
int& c = a;
c = b;
return 0;
}
解析：
a和c的地址相同，c是a的别名；b和c的地址不同，所以c = b表示的不是c是b引用，而是把b变量的值赋值给c引用的实体，c依旧是a的引用，所以引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体，也就是引用不能改变指向。
5.3 常引用
const修饰的变量，只能读不能写（这里的权限，指的是读和写）
#include<iostream> using namespace std; int main() { int a = 10;//可读可写 //权限的缩小---允许 const int& b = a;//只可读 //权限的放大---不允许 const int& c = a;//只可读 //int& d = c;//可读可写 const int& z = 10; const int& y = a + z; //int& y=a+z;//错误的 return 0; }取别名原则：对于引用类型，权限只能缩小，不能放大
临时变量具有常性
#include <iostream>
int main()
{
int a = 10;
int& b = a;
const int& c = 20;//常量也可以取别名
double d = 15.3;
int f = d;//在这里，相当于d整型提升成临时变量，临时变量把值赋给f（临时变量具有常性）
const int& e = d;//这里的e不是d的引用，而是临时变量的引用
return 0;
}
5.4 引用的使用场景
- 做参数
引用做参数的意义：
（1）做输出型参数，即要求形参的改变可以影响实参
（2）提高效率，自定义类型传参，用引用可以避免拷贝构造，尤其是大对象和深拷贝对象
交换两个整型变量：
void Swap(int& num1, int& num2) { int tmp = num1; num1 = num2; num2 = tmp; } int main() { int a = 5; int b = 10; Swap(a,b); return 0; }如上代码，我们可以使用引用做参数实现了两个数的交换，
num1是a的引用，和a在同一块空间，对num1的修改也就是对a修改，b同理，所以在函数体内交换num1和num2实际上就是交换a和b。以前交换两个数的值，我们需要传递地址，还要进行解引用，相对繁琐。
交换两个指针变量：
void Swap(int*& p1, int*& p2) { int* tmp = p1; p1 = p2; p2 = tmp; } int main() { int a = 5; int b = 10; int* pa = &a; int* pb = &b; Swap(pa,pb); return 0; }如果用C语言来实现交换两个指针变量，实参需要传递指针变量的地址，那形参就需要用二级指针来接收，这显然十分容易出错。有了引用之后，实参直接传递指针变量即可，形参用指针类型的引用。
- 做返回值
引用做返回值的意义：
（1）减少拷贝，提高效率。
（2）可以同时读取和修改返回对象
int Add(int a, int b) { int c = a + b; return c; } int main() { int ret = Add(1, 2); cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <<endl;//输出3 Add(3, 4); cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <<endl;//输出3 return 0; }如上代码，我们使用传值返回，调用函数要创建栈帧，c是Add函数中的一个局部变量，存储在当前函数的栈帧中，函数调用结束栈帧销毁，c也会随之销毁，对于这种传值返回，会生成一个临时的中间变量，用来存储返回值，在返回值比较小的情况下，这个临时的中间变量一般就是寄存器。
int& Add(int a, int b) { int c = a + b; return c; } int main() { int& ret = Add(1, 2); cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <<endl;//输出3 Add(3, 4); cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <<endl;//输出7 return 0; }如上代码，传引用就是给
c起了一个别名，返回的值就是c的别名，ret就是c别名的别名，函数调用结束栈帧销毁，栈帧空间销毁，但是vs不清理空间内容，访问ret就是访问c,为3，由于空间重复利用，Add(3,4)占用该空间，修改空间内容，所以第二次访问ret为7.
5.5 传值和引用性能比较
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。
- 以值作和引用为函数参数的性能比较
#include<iostream>
#include <time.h>
using namespace std;
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;
}
int main()
{
TestRefAndValue();
return 0;
} 
- 值和引用的作为返回值类型的性能比较
#include<iostream>
using namespace std;
#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;
}
int main()
{
TestReturnByRefOrValue();
return 0;
}
5.6 引用和指针区别
语法概念：
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。
int main()
{
int a = 10;
int& ra = a;
cout<<"&a = "<<&a<<endl;
cout<<"&ra = "<<&ra<<endl;
return 0;
}
底层实现：
实际是有空间的，因为引用是按照指针方式来实现的。
int main()
{
int a = 10;
int& ra = a;//语法不开空间
ra = 20;
int* pa = &a;//语法开空间
*pa = 20;
return 0;
}
从上面可以看出：
1、引用底层是用指针实现的；
2、语法含义和底层实现是背离的
引用和指针的不同点:
注意⚠️
引用不可以替代指针
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
六、内联函数
6.1 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。
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。
inline存在的意义：
- 解决宏函数晦涩难懂、容易写错
- 宏不支持调试
优点：
- debug支持调试
- 不易写错，就是普通函数的写法
- 提升程序的效率
6.2 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（可执行程序）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 ，编译器会自动优化，如果定义为 inline 的函数体内有循环 / 递归等等，编译器优化时会忽略掉内联。
- inline 不建议声明和定义分离 （头文件中，两个都写），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。
注：C++ 有哪些技术替代宏 ？1. 常量定义 换用 const enum2. 短小函数定义 换用内联函数
七、auto关键字（C++11）
7.1 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：
-
类型难于拼写
-
含义不明确导致容易出错
#include<iostream>
using namespace std;
int TestAuto()
{
return 10;
}
int main()
{
int a = 10;
auto b = a;
auto c = 'a';
auto d = TestAuto();
cout << typeid(b).name() << endl;//查看类型
cout << typeid(c).name() << endl;
cout << typeid(d).name() << endl;
return 0;
}
auto可以自动定义类型，根据等号后面的变量
C++中，typeid(A).name();可以知道A的类型是什么
7.2 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
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 。
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 。
7.3 auto的使用细则
- 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 &（auto*定义的必须是指针类型）
#include<iostream>
using namespace std;
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;
return 0;
}
- 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
}7.4 auto不能推导的场景
- auto 不能作为函数的参数以及函数的返回
// 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)
{}- auto 不能直接用来声明数组
void TestAuto()
{
int a[] = {1,2,3};
auto b[] = {4，5，6};
}八、 基于范围的for循环(C++11)
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。
int main()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for (auto e : array)
cout << e << " ";
cout << endl;
for (auto& e : array)
e *= 2;
for (auto e : array)
cout << e << " ";
return 0;
} 
九、指针空值---nullptr(C++11)
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：
- 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
