C++入门基础

一.C++第一个程序

C++是由C发展而来的，因此C++兼容C语言绝大多数语法，需要注意的是C++需要把文件代码后缀改为.cpp，这样编译器才会调用C++编译器编译。

现在我们像C语言一样实现一个hello world程序吧。

// test.cpp
#include<stdio.h>
int main()
{
 printf("hello world\n");
 
 return 0;
}

二、C++基本语法点

1.命名空间namespace

1.1 namespace的价值

在C/C++中，变量、函数是⼤量存在的，这些变量、函数如果都存在于全局作⽤域中，可能会导致很多冲突，也就是可能会出现名字相同导致重定义，使编译报错。使⽤命名空间的⽬的是对标识符的名称进⾏本地化，相当于单独隔离出一个命名空间域在全局域之外，以避免命名冲突或名字污染。

比如下面这段代码编译不通过：

#include <stdio.h> 
 
 
 #include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int rand = 10;
int main()
{
 // 编译报错：error C2365: “rand”: 重定义；以前的定义是“函数” 
 printf("%d\n", rand);
 return 0;
}

1.2 命名空间的定义

（1）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。命名空间中可以定义变量/函数/类型等。

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;
 };
}

 这就是一个命名空间的定义，A是命名空间的名字，内部可以定义变量，函数，类型，需要注意命名空间定义完无;

（2）namespace本质是定义出⼀个域，这个域跟全局域各⾃独⽴，不同的域可以定义同名变量，所以下面的rand不在冲突了。

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;
 };
}

int main()
{
 // 这⾥默认是访问的是全局的rand函数指针 
 printf("%p\n", rand);
 // 这⾥指定A命名空间中的rand 
 printf("%d\n", A::rand);//::是作用域限定符，访问命名空间的方法
 return 0;
}

（3）C++中域有函数局部域，全局域，命名空间域，类域；域影响的是编译时语法查找⼀个变量/函数/ 类型出处(声明或定义)的逻辑，所有有了域隔离，名字冲突就解决了。局部域和全局域除了会影响 编译查找逻辑，还会影响变量的⽣命周期，命名空间域和类域不影响变量⽣命周期。

（4）namespace只能定义在全局，可以嵌套定义。

namespace A
{
 namespace B
 {

 int rand = 1;
 int Add(int left, int right)
 {
 return left + right;
 }

 }

 namespace C
 {

 int rand = 2;
 int Add(int left, int right)
 {
 return (left + right)*10;
 }

 }
}

（5）项⽬⼯程中多⽂件中定义的同名namespace会认为是⼀个namespace，不会冲突。

就比如,<.h>文件中定义了一个namespace A用于函数、类型声明,<.cpp>文件中也定义了一个namespace A用于函数的实现,编译器会默认他们是同一个命名空间，会将他们合在一起，这样我们就能得到一个封装在命名空间中的函数。后面会介绍如何通过命名空间访问。

（6）C++标准库都放在⼀个叫std(standard)的命名空间中。

1.3 命名空间的使用

编译查找⼀个变量的声明/定义时，默认只会在局部或者全局查找，不会到命名空间⾥⾯去查找。所以 下⾯程序会编译报错。

#include<stdio.h>
namespace N
{
 int a = 0;
 int b = 1;
}
int main()
{
 // 编译报错：error C2065: “a”: 未声明的标识符 
 printf("%d\n", a);
 return 0;
}

 当我们要使⽤命名空间中定义的变量/函数，有三种⽅式：

• 通过作用域限定符::指定命名空间访问，项⽬中推荐这种⽅式

// 指定命名空间访问 
int main()
{
 printf("%d\n", N::a);
 return 0; 
}

• using将命名空间中某个成员展开，项⽬中经常访问的不存在冲突的成员推荐这种⽅式。

// using将命名空间中某个成员展开 
using N::b;
int main()
{
 printf("%d\n", N::a);
 printf("%d\n", b);//因为using将b展开，所以可以不用作用限定符
 return 0; 
}

• 展开命名空间中全部成员，项⽬不推荐，冲突⻛险很⼤，⽇常⼩练习程序为了⽅便推荐使⽤。

// 展开命名空间中全部成员 
using namespce N;
int main()
{
 printf("%d\n", a);
 printf("%d\n", b);
 return 0; 
}

展开C++标准库：using  namespace std ;

2.C++输入cin和输出cout

(1)<iostream>是Input Output Stream的缩写，是标准的输⼊、输出流库，定义了标准的输⼊、输
出对象。

(2)std::cin是istream类的对象，它主要⾯向窄字符（narrow characters (of type char)）的标准输
⼊流。

(3) std::cout是ostream类的对象，它主要⾯向窄字符的标准输出流。

(4)std::endl是⼀个函数，流插⼊输出时，相当于插⼊⼀个换⾏字符加刷新缓冲区。

(5)<<是流插⼊运算符，>>是流提取运算符。

(6)使⽤C++输⼊输出更⽅便，不需要像printf/scanf输⼊输出时那样，需要⼿动指定格式，C++的输⼊输出可以⾃动识别变量类型。其实最重要的是C++的流能更好的⽀持⾃定义类型对象的输⼊输出。

(7)cout/cin/endl等都属于C++标准库，C++标准库都放在⼀个叫std(standard)的命名空间中，所以要通过命名空间的使⽤⽅式去⽤他们。

（8）有时我们可以使⽤printf和scanf而不包含<stdio.h>，但要包含<iostream>，因为<iostream>间接包含了。vs系列编译器是这样的，其他编译器可能会报错。

3.缺省参数

(1)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.（有些地⽅把缺省参数也叫默认参数）

#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;
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;
}

所以大家不要做缺省参数呀，要做就做实参！ 懂我意思不

（2）函数缺省参数分为全缺省和半缺省。全缺省就是全部形参给缺省值，半缺省就是部分形参给缺省值。C++规定半缺省参数必须从右往左依次连续缺省，不能间隔跳跃给缺省值。但，我们在调用带缺省参数的函数时，必须从左到右依次给实参，不能跳跃给实参。

（3）函数声明和定义分离时，缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现，规定必须函数声明给缺省值。

4.函数重载

C++⽀持在同⼀作⽤域中出现同名函数，但是要求这些同名函数的形参不同，可以是参数个数不同或者类型不同，这种现象就是函数重载。

注意是在函数名相同下，参数个数或类型（顺序）不同才构成重载，与返回值无关哦。

// 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;
}

这么做的好处就在于，使C++函数调⽤就表现出了多态⾏为，使⽤更灵活。但C语⾔是不⽀持同⼀作⽤域中出现同名函数的。

虽然C++允许函数重载，在调用时也要注意，否则在调用时就会产生歧义。

//两个f1参数个数不同构成重载
void f1()
{
 cout << "f()" << endl;
}
void f1(int a = 10)
{
 cout << "f(int a)" << endl;
}

int main()
{

 f1();//无参数，f1缺省或无形参都能调，编译器无法判断调谁
 f1(10);//这样才能判断

 f1(10, 'a');
 f1('a', 10);
 return 0;
}

5.引用&

5.1 引⽤的概念和定义

引⽤不是新定义⼀个变量，⽽是给已存在的变量取了⼀个别名，形式为：类型& 引⽤别名 =引⽤对象，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，对别名的操作就相当于对原变量的操作。

举个例子：林冲，外号豹⼦头，豹子头就是林冲别名，他们指向的是同一个人。

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
 int a = 0;
 // 引⽤：b和c是a的别名 
 int& b = a;
 int& c = a;
 // 也可以给别名b取别名，d相当于还是a的别名 
 int& d = b;
 ++d;
 // 这⾥取地址我们看到是⼀样的 
 cout << &a << endl;
 cout << &b << endl;
 cout << &c << endl;
 cout << &d << endl;
 return 0;
}

 当然也可以给别名再取别名，他们指向的都是同一个对象。

5.2 引⽤的特性

C++中有以下规定：

（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（变量），再不能引⽤其他实体（变量）。

5.3 引⽤的使⽤

• 引⽤在实践中主要是于引⽤传参减少拷⻉提⾼效率和改变引⽤对象时同时改变被引⽤对象。

void Swap(int& rx, int& ry)
{
 int tmp = rx;
 rx = ry;
 ry = tmp;
}
int main()
{
 int x = 0, y = 1;
 cout << x <<" " << y << endl;
 Swap(x, y);//这里我们调用swap函数就不用传x,y地址了，因为形参是引用形式，rx,ry相当于x,y别名，对rx,ry操作就相当于对x,y操作
 cout << x << " " << y << endl;
 return 0;
}

引用在返回值中的应用我们后续在说。 

5.4 const引用

• 可以引⽤⼀个const对象，但是必须⽤const引⽤。const引⽤也可以引⽤普通对象，因为对象的访
问权限在引⽤过程中可以缩⼩，但是不能放⼤。

int main()
{
 const int a = 10;
 // 编译报错：error C2440: “初始化”: ⽆法从“const int”转换为“int &” 
 // 这⾥的引⽤是对a访问权限的放⼤ 
 //int& ra = a;
 // 这样才可以 
 const int& ra = a;
 // 编译报错：error C3892: “ra”: 不能给常量赋值 
 //ra++;
 // 这⾥的引⽤是对b访问权限的缩⼩ 
 int b = 20;
 const int& rb = b;
 // 编译报错：error C3892: “rb”: 不能给常量赋值 
 //rb++;
 r

• 不需要注意的是类似 int& rb = a*3; double d = 12.34; int& rd = d; 这样⼀些场
景下a*3的结果保存在⼀个临时对象中， int& rd = d 也是类似，在类型转换中会产⽣临时对
象存储中间值，也就是，rb和rd引⽤的都是临时对象，⽽临时对象具有常性，所以这⾥
就触发了权限放⼤，必须要⽤常引⽤才可以。所谓临时对象就是编译器需要⼀个空间暂存表达式的求值结果时临时创建的⼀个未命名的对象，这个未命名对象叫做临时对象。

int main()
{
 int a = 10;
 const int& ra = 30;
 
 // 编译报错: “初始化”: ⽆法从“int”转换为“int &” 
 // int& rb = a * 3;
 const int& rb = a*3;
 double d = 12.34;
 // 编译报错：“初始化”: ⽆法从“double”转换为“int &” 
 // int& rd = d;
 const int& rd = d;
 return 0;
}

5.5 指针和引用的关系

 • 语法概念上引⽤是⼀个变量的取别名不开空间，指针是存储⼀个变量地址，要开空间。（但引用底层也是指针哈）

• 引⽤在定义时必须初始化，指针建议初始化，但是语法上不是必须的。

• 引⽤在初始化时引⽤⼀个对象后，就不能再引⽤其他对象；⽽指针可以在不断地改变指向对象。

• 引⽤可以直接访问指向对象，指针需要解引⽤才是访问指向对象。

• 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，64位下是8byte)

• 指针很容易出现空指针和野指针的问题，引⽤很少出现，引⽤使⽤起来相对更安全⼀些。

6.关键字inline修饰函数

• ⽤inline修饰的函数叫做内联函数，编译时C++编译器会在调⽤的地⽅展开内联函数，这样调⽤内联函数就不需要建⽴栈帧了，就可以提⾼效率。

• inline对于编译器⽽⾔只是⼀个建议，也就是说，你加了inline编译器也可以选择在调⽤的地⽅不展开，不同编译器关于inline什么情况展开各不相同，因为C++标准没有规定这个。inline适⽤于频繁调⽤的短⼩函数，对于递归函数，代码相对多⼀些的函数，加上inline也会被编译器忽略。

• C语⾔实现宏函数也会在预处理时替换展开，但是宏函数实现很复杂很容易出错的，且不⽅便调
试，C++设计了inline⽬的就是替代C的宏函数。

#include<iostream>
using namespace std;
// 实现⼀个ADD宏函数的常⻅问题 
//#define ADD(int a, int b) return a + b;
//#define ADD(a, b) a + b;
//#define ADD(a, b) (a + b)
// 正确的宏实现 
#define ADD(a, b) ((a) + (b))
// 为什么不能加分号? 
// 为什么要加外⾯的括号? 
// 为什么要加⾥⾯的括号? 
int main()
{
 int ret = ADD(1, 2);
 cout << ADD(1, 2) << endl;
 cout << ADD(1, 2)*5 << endl;
 int x = 1, y = 2;
 ADD(x & y, x | y); // -> (x&y+x|y)
 return 0;
}

 所以宏函数在写时是很容易出错的。

而有了inline就可以达到同样不建立栈帧提高效率的目的，还不容易出错。

#include<iostream>
using namespace std;
inline int Add(int x, int y)
{
 int ret = x + y;
 ret += 1;
 ret += 1;
 ret += 1;
 return ret;
}
int main()
{
 // 可以通过汇编观察程序是否展开 
 // 有call Add语句就是没有展开，没有就是展开了 
 int ret = Add(1, 2);
 cout << Add(1, 2) * 5 << endl;
 return 0;
}

• vs编译器debug版本下⾯默认是不展开inline的，这样⽅便调试，debug版本想展开需要设置⼀下以下两个地⽅。

 

• inline不建议声明和定义分离到两个⽂件，分离会导致链接错误。因为inline被展开，就没有函数地址，链接时会出现报错。

7.C++中的nullptr

• C++中NULL可能被定义为字⾯常量0，或者C中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，本想通过f(NULL)调⽤指针版本的
f(int*)函数，但是由于NULL被定义成0，调⽤了f(int x)，因此与程序的初衷相悖。f((void*)NULL);
调⽤会报错。C

• C++11中引⼊nullptr，nullptr是⼀个特殊的关键字，nullptr是⼀种特殊类型的字⾯量，它可以转换
成任意其他类型的指针类型。使⽤nullptr定义空指针可以避免类型转换的问题，因为nullptr只能被
隐式地转换为指针类型，⽽不能被转换为整数类型。

#include<iostream>
using namespace std;
void f(int x)
{
 cout << "f(int x)" << endl;
}
void f(int* ptr)
{
 cout << "f(int* ptr)" << endl;
}
int main()
{
 f(0);
// 本想通过f(NULL)调⽤指针版本的f(int*)函数，但是由于NULL被定义成0，调⽤了f(int 
x)，因此与程序的初衷相悖。 
 f(NULL);
 f((int*)NULL);
 // 编译报错：error C2665: “f”: 2 个重载中没有⼀个可以转换所有参数类型 
 // f((void*)NULL);
 
 f(nullptr);
 return 0;
}