C++入门基础知识1

今天，我们正式来学习C++，由于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。

现在我们这篇主要是：

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。

首先学习C++，肯定是先了解了解是谁创建了C++吧，谁是C++之父呢？

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。

一：C++关键字

它比c语言增加了好多，这里的具体就先不讲解先，后面会一一了解。

二:命名空间定义

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;

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”

以上面为了，在c语言中，会出现冲突问题。因为rand在库函数里已经定义了为随机值的关键词。所以不能再使用这来做变量名。所以C++ 为了避免这种情况，，设置了namespace

命名空间的定义：

怎么使用它呢？

namespace +（命名空间的名字）
{


}

eg：比如我就以bai作为命名空间（可以使用你喜欢的名字eg：名字缩写等等）这样的话就

1. 命名空间中可以定义变量/函数/类型

namespace bai
{
    变量
	int rand = 10;
    函数
    int Add(int left, int right)
    {
        return left + right;
    }
    类型
    struct Node
    {
        struct Node* next;
        int val;
    }
}

int main()
{
	printf("%d",rand);
	return 0;
}

2. 命名空间可以嵌套

//"test.cpp"文件中
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。

//"test.h"文件中
namespace N1
{
int Mul(int left, int right)
{
return left * right;
}
}

一个工程中的test.h和上面test.cpp中两个N1会被合并成一个

使用方法：

三种方法：

1.加命名空间名称及作用域限定符：：

2.使用using将命名空间中某个成员引入

注意：这里不可以用using：：rand，会出现：

原因：我们可以把using理解为展开的意思，如果你用了using bai：：rand，相当于把rand放到了全局变量中，这和#include<stddlib.h>头文件的定义的rand冲突，所以会失败。

3.使用using namespace 命名空间名称引入

注意：这样弄的话，还是里面不能有与关键词冲突的变量，理由如上

三： C++输入&输出

初见C++，我们就先以跟初见C语言时的见面方式问候大家吧。

#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<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。

#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;
}

但是，需要注意的是，

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

四. 缺省参数

1.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。

2.分类：

全缺省参数：

半缺省参数：

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
//a.h
void Func(int a = 10);
// a.cpp
void Func(int a = 20)
{}
原因：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（编译器不支持）

五. 函数重载

这里有一个很好理解的具象化的玩笑儿。

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！

那么，函数重载也是差不多的理解，可以认为它也是有多层意思。

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。

现在我们来分别理解一下：参数个数或类型或类型顺序不同的几种情况

1.类型不同

2.参数个数不同

3.类型顺序不同：

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。

c语言预处理知识点笔记-CSDN博客

这里之前有讲解过相关预处理的知识点。我们可以先回顾回顾。

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sum函数时】，编译后链接前，a.o的目标

文件中没有sum的函数地址，因为sum是在b.cpp中定义的，所以sum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sum，但是没有sum的地址，就

会到b.o的符号表中找sum的地址，然后链接到一起。

3. 那么链接时，面对sum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.这里使用Linux来解答，（后续一段时间学到了之后会更新），现在就简单来认识认识。

5. 通过下面我们可以看出gcc（C语言）的函数修饰后名字不变。而g++（C++）的函数修饰后变成【_Z+函数长度+函数名+类型首字母】

C语言

C++：

因此：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
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

六：引用

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

简单来说，你可以理解为，引用就是现实生活中的外号，

如：水浒传当中：宋江又称为及时雨，那么及时雨就相当于引用（别名）；

用法：

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的
由上图我们也是可以看到：它们都是用同一个地址的，说明没有开辟新空间。

特点：

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

这里引用可以替换之前我们写交换的函数：

void Swap(int* x1,int* x2)
{
    int temp=*x1;
    *x1=*x2;
    *x2=temp;
}

之前写这个时，在我们使用时是不是还要&取地址，但是现在我们改一下：

void Swap(int& x1,int& x2)
{
    int temp=x1;
    x1=x2;
    x2=temp;
}

这样我们在使用时，不用额外取地址使用它。就很方便了。

它的使用：

1.做返回值：

之前的：

int Count()
{
	int a = 10;
	a++;
	return a;
}

int main()
{
	int ret = Count();
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

我们先了解，这样的返回时，它是直接返回吗？不是的，它是先创建一个临时变量后拷贝才返回的。

那么我们使用引用又是怎么返回的呢？

int& Count()
{
	static int a = 10;
	a++;
	return a;
}

int main()
{
	int ret = Count();
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

但是这里的话，变成了这样：

int Count()
{
	int a = 10;
	a++;
	return a;
}

int main()
{
	int ret = Count();
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

引用的话，会出现什么问题呢？

1.这里的ret是个随机值。

2.因为如果Count函数结束后，栈帧销毁，若没有销毁清除的话，ret是碰巧是正确的。

但是，若如果Count函数结束后，栈帧销毁，若销毁清除的话，ret是错误的。是个随机值。

那么为啥上面那个就行呢？因为它加了static静态变量，它是在静态区的，它在外面不会改变的

我们可以看到下面的图，第二个不符合我们的预期12对吧？

随机值：

总结：

1.基本任何情况下都可以引用传参。

2.谨慎用引用作为返回值。出了函数作用域，对象就不在了，就不能用引用返回，若还在就可以用引用返回。

传值和传引用之间的比较：

1.引用做参数---->输出型参数

2.引用做参数---->减少拷贝，提高效率。

3.引用做返回值---->减少拷贝，提高效率

4.引用做返回值---->修改返回值+获取返回值

几种情况：

引用的权限可以平移，缩小，但是不可以放大

//平移
int main()
{
	int x = 10;
	int& b = x;
	const int& c = x;
	x++;
	return 0;
}

int main()
{
	int x = 10;
	int& b = x;
	const int& c = x;
	x++;
    c++；//错误的，这相当于放大了权限
	return 0;
}

当我们写出下面的代码，发现它可以被编译，为什么呢？因为在d赋值给a时，它会产生一个int的临时变量，而临时变量具有常性，所以会不报错误。

int main()
{
	double d = 1.1;
	int a = d;
	const int& c = d;   结果是c=1
	return 0;
}

权限放大：下面的是int& ret1后，因为不是之间返回的，而是会产生一个临时变量，所以引用后，是临时变量的别名，而不是x的别名，这就造成了权限的放大，发生错误。

引用和指针在汇编代码的对比：发现他们的底层逻辑都是差不多的。

##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

七：内联函数

如果是下面的代码，要调用很多层，开辟栈帧，是不是空间效率就非常地低？

int Add(int x, int y)
{
	return (x + y) * 10;
}


int main()
{
	for (int i = 0; i < 10000; i++)
	{
		cout << Add(i, i + 1) << endl;
	}

那么，在C语言中，我们之前是学过宏的。

c语言预处理知识点笔记-CSDN博客

忘记知识点的可以去看看。

易错1：里面不用写类型
易错2：不用加；
易错3：不用吝啬加（）
//#define Add(int x, int y) return (x+y)*10;   错误
//#define Add(x, y) x+y*10    ×：括号
//#define Add(x, y) (x+y)*10    
//#define Add(x, y) ((x)+(y)*10)  √

但是：宏的劣势：

/优点-- 不需要建立栈帧，提高调用效率

缺点-- 复杂，容易出错、可读性差、不能调试

为了解决这种问题：

C++专门出了内联，避免以上的问题：

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。

适用于短小的频繁调用的函数

inline对于编译器仅仅只是一个建议，最终是否成为inline，编译器自己决定

像类似函数就加了inline也会被否决掉

1、比较长的函数

2、递归函数

默认debug模式下，inline不会起作用，否则不方便调试了

inline int Add(int x, int y)
{
	return (x + y) * 10;
}

int main()
{
	for (int i = 0; i < 10000; i++)
	{
		cout << Add(i, i + 1) << endl;
	}
}

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

即：内联只是向编译器发出请求，实际的决定权（去不去执行）还是在编译器手中

3.3. 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
// F.h

#include <iostream>
using namespace std;
inline void f(int i);

// F.cpp
#include "F.h"
void f(int i)
{
    cout << i << endl;
}

// main.cpp
#include "F.h"
int main()
{
    f(10);
    return 0;
}
// 链接错误：main.obj : error LNK2019: 无法解析的外部符号 "void __cdeclf(int)" (?f@@YAXH@Z)，该符号在函数 _main 中被引用

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(目前还没有学到)

2. 短小函数定义换用内联函数

八：auto关键字(C++11)

在写程序时，我们有时会随程序的复杂度：

1. 类型难于拼写

2. 含义不明确导致容易出错

介绍：

在C++11，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

注意：

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。

使用规则：

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 x = 10;
auto& c = x;

//c==10；

一样的：
auto a = &x;
auto* b = &x;

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。

auto a = 1, b =5;
auto c = 2, d = 1.1;   //错误的

auto不能推导的场景

1. auto不能作为函数的参数

ps：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
2. auto不能直接用来声明数组

其中，auto最常用的还有跟for循环用的：

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 arr[]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};

for(auto& e:arr)
{
    cout<<e<<endl;
}
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。

九：指针空值nullptr(C++11)

在c语言中，我们使用空指针时常常用NULL，但是实际上空指针是一个宏，
#ifndef NULL
#ifdef __cplusplus
#define NULL 0
#else
#define NULL ((void *)0)
#endif
#endif
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;
}
如果上面想通过f(NULL)调用指针版本的f(int*)函数，但是由于NULL被定义成0，这就与本意相反了