目录
C++基础知识概述::
1.什么是C++
2.C++发展史
3.C++关键字
4.命名空间
5.C++的输入输出
6.缺省参数
7.函数重载
8.引用
9.内联函数
10.auto关键字(C++11)
11.基于范围的for循环(C++11)
12.指针空值—nullptr(C++11)
C++基础知识概述::
1.什么是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语言则不合适,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补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,它既可以进行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。
2.C++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语言的基础上进行了扩展,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语言的发展就像是练功打怪升级一样,也是逐步递进,由浅入深的过程,下面是C++的历程版本:
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,比如: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
中漏洞以及改进,比如: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,比如:
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,比如:
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:比如Lambda
支持模板、范围
for
支持初始化等
|
C++23
| 制定中 |
3.C++关键字
C++总计63个关键字,C语言32个关键字
4.命名空间
#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”
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。
//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;
}
//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。
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;
};
}
int main()
{
// 编译报错:error C2065: “a”: 未声明的标识符
printf("%d\n", a);
return 0;
}
int main()
{
printf("%d\n", N::a);
return 0;
}
using N::b;
int main()
{
printf("%d\n", N::a);
printf("%d\n", b);
return 0;
}
using namespce N;
int main()
{
printf("%d\n", a);
printf("%d\n", b);
Add(10, 20);
return 0;
}
总结:
#include<iostream>
int main()
{
//流插入
//自动识别类型
std::cout << "hello world" << std::endl;
int i = 10;
double j = 10.11;
std::cout << i << " " << j << std::endl;
return 0;
}
#include<stdio.h>
int a = 10;
int main()
{
int a = 1;
printf("%d\n", a);
//::域作用限定符 ::的左边是空白默认代表全局域
printf("%d\n", ::a);
return 0;
}
//命名空间中的变量是全局变量,定义在函数中的变量是局部变量,存在栈上,函数调用会建立栈帧,出作用域即被销毁
//命名空间不影响变量的生命周期,只是一个限定域,影响的是编译器的查找规则
//默认查找规则:先在局部找,再全局找
//命名空间的作用:避免命名冲突
//命名空间嵌套使用时定义的变量均为全局变量,只是调用方式要多嵌套一层命名空间
//同一个工程中允许存在多个相同名称的命名空间,编译器最后会合成同一个命名空间中
#include<iostream>
//using namespace std;
//用起来方便,命名空间的隔离墙拆了
//日常练习 小程序这么用可以,项目最好避免这么用
int cout = 0;
int main()
{
cout << "hello world" << endl;
return 0;
}
//报错:cout命名冲突
#include <iostream>
//指定展开—常用展开,自己定义的时候避免跟常用重名即可
//using std::cout;
//int main()
//{
// cout << "hello world" << std::endl;
// return 0;
//}
5.C++的输入输出
C++中的"hello world"
#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;
}
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
//可以自动识别变量的类型 相比C的优势 printf/scanf
// << 流插入运算符
cout << "hello world" << endl;
int a;
double b;
char c;
// >> 流提取运算符
cin >> a;
cin >> b >> c;
return 0;
}
注意:
std命名空间的使用习惯:
6.缺省参数
缺省参数概念:
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;
}
缺省参数的分类:
1.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;
}
2.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,声明定义分离时,规定在声明中给出缺省值。
//a.h
void Func(int a = 10);
// a.cpp
void Func(int a = 20)
// 注意:如果生命与定义位置同时出现,恰巧两个位置提供的值不同,那编译器就无法确定到底该
用那个缺省值
3.缺省值必须是常量或者全局变量。
4.C语言不支持。
7.函数重载
函数重载的定义:
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;
}
C++支持函数重载的原理——名字修饰
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中那怎么办?
2.所以链接阶段就是专门处理这种问题的,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,链接器会使用哪个名字去找呢?这里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:
采用C++编译器编译后结果:
结论: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。
Window下名字修饰规则:
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,避免调用的二义性。
8.引用
int& Count()
{
int n = 0;
n++;
return n;
}
void Func()
{
int x = 100;
}
int main()
{
int& ret = Count();
cout << ret << endl;
cout << ret << endl;
Func();
cout << ret << endl;
}
//三次ret的结果为1 随机值 100
//cout本身是一次函数调用,第一次cout,ret作为参数传递,第二次的n则被覆盖
//结论:出了函数作用域,返回变量不存在了,不能用引用返回,因为引用返回的结果是未定义的
//出了函数作用域,返回变量存在才能用引用返回
//正确玩法:
int Count1()
{
int n = 0;
n++;
return n;
}
int& Count2()
{
static int n = 0;
n++;
return n;
}
int main()
{
int ret1 = Count1();
int& ret2 = Count2();
cout << ret1 << endl;
cout << ret2 << endl;
return 0;
}
引用的概念:
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一块内存空间。类型&引用变量名 = 引用实体
void TestRef()
{
int a = 10;
int& ra = a;
printf("%p\n", &a);
printf("%p\n", &ra);
}
注意:引用类型必须和引用实体是同一类型的
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);
}
常引用:
int main()
{
int a = 0;
//权限平移
int& ra = a;
//指针和引用赋值中 权限可以缩小 但是不能放大
const int b = 1;
//我引用你 权限放大 不行
//int& rb = b;
//我引用你 我的权限缩小了 可以
const int& rra = a;
//rra++ const修饰 不能++
a++;
return 0;
}
//一般用引用做参数都是用const引用
//类型转换的本质是中间产生了临时变量
//临时变量具有常性不可修改
int main()
{
const int& b = 10;
double d = 10;
cout << (int)d << endl;
int i = (int)d;//可以
//int& ri = d;//不可以
//ri是d的临时变量的别名 所以ri的值为12
const int& ri = d;//可以
cout << ri << endl;
return 0;
}
//传值返回的函数不能用引用接收 要用const引用
//语法上面 ra是a的别名 不开空间
//底层实现 引用是使用指针实现的
使用场景:
1.做参数
void Swap(int& left, int& right)
{
int temp = left;
left = right;
right = temp;
}
引用作参数的意义:
1.减少拷贝,提高效率
2.作输出型参数,函数中修改形参,实参也修改
2.做返回值
int& Count()
{
static int n = 0;
n++;
// ...
return n;
}
引用作返回值的意义:
1.减少拷贝,提高效率
2.修改返回值
下列代码输出什么结果?
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。
传值、传引用的效率比较:
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。
值和引用作为参数的类型比较:
#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,发现传值和引用在作为传参以及返回值类型上效率相差很大。
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。
int main()
{
int a = 10;
int& ra = a;
cout<<"&a = "<<&a<<endl;
cout<<"&ra = "<<&ra<<endl;
return 0;
}
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。
int main()
{
int a = 10;
int& ra = a;
ra = 20;
int* pa = &a;
*pa = 20;
return 0;
}
引用和指针的汇编代码对比:
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4byte)。
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.引用比指针使用起来相对安全。