C++初阶—C++入门

第一章：C++关键字(C++98)

C++总计63个关键字，下面只是看一下C++有多少关键字，不对关键字进行具体的讲解。

第二章：命名空间

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int rand = 0;

int main() {
	printf("%d\n", rand);//报错
	return 0;
}

上方代码报错：rand重定义。原因是自己定义的rand和stdlib库冲突，重新命名可以解决。但在同一项目组里，可能会和其他同事的命名冲突，所以需要命名空间解决命名冲突的问题。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

namespace bit { //通过创建命名空间避免和库里面的冲突
	int rand = 0;
}

int main() {
	
	printf("hello world\n");
	printf("%p\n", rand);//此方式默认去全局搜索，访问的是库里的rand函数
	// 域作用限定符 ::
	printf("%d\n", bit::rand);//此方式访问的是命名空间里的
	return 0;
}

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。

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。

//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;
	}
}

2.2 命名空间使用

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

namespace bit {
	int rand = 10;

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

	struct Node {
		struct Node* next;
		int val;
	};

	namespace xxx {
		int rand = 1;
	}
}

命名空间的使用有三种方式：

1. 加命名空间名称及作用域限定符

int main() {
	printf("%d\n", bit::rand);
	printf("%d\n", bit::Add(1,2));//这里访问的是bit这个命名空间里的Add函数
	printf("%d\n", Add(1,2));//这里访问的是全局的Add函数
	struct bit::Node node;
}

上面这种方法每次都要指定命名空间，所以下面提出不需要指定的方法。

2. 使用using namespace命名空间名称引入

using namespace bit;//展开命名空间（全部）
//展开命名空间可以显著简化代码，特别是在频繁使用的情况下，省略了每个成员的前缀。
//但可能会引入命名冲突，特别是如果 bit 命名空间中的某些名称与当前作用域中的其他名称冲突
int main() {
	printf("%d\n", rand);//冲突，默认访问全局，即stdlib库的rand函数
	printf("%d\n", Add(1, 2));

	struct bit::Node node;
	return 0;
}

3. 使用using将命名空间中某个成员引入

//部分展开
using bit::Add;//仅展开了bit命名空间中的Add成员
int main() {
	printf("%p\n", rand);//这里访问的是全局的rand函数，不是bit里的变量
	printf("%d\n", bit::rand);
	printf("%d\n", bit::xxx::rand);//访问嵌套命名空间
	printf("%d\n", Add(1, 2));
	printf("%d\n", Add(2, 3));
	printf("%d\n", Add(3, 4));
	printf("%d\n", Add(4, 5));

	struct bit::Node node;
	return 0;
}

第三章：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;//全部授权(展开)std。大型项目不建议全部展开

int main() {
	cout << "hello world" << endl;
	
	//未授权std的写法
	std::cout << "hello world" << std::endl;

	return 0;
}


//部分授权std
using std::cout;
using std::endl;

int main() {
	cout << "hello world" << endl;
	
	int i = 0;
	std::cin >> i;

	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。

自动识别类型

//自动识别类型
#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;
	
    printf("%.1f\n", j);//控制小数精度建议用C语言

	cout << &i << endl;
	cout << &j << endl;
	
    return 0;
}

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。

第四章：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 = 1) {
	cout << a << endl;
}

int main() {
	Func(2);// 传参时，使用指定的实参
	Func();// 没有传参时，使用参数的默认值
}

4.2 缺省参数分类

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 << endl;
}
int main() {
	//显示传参，从左往右显示传参
	Func(); //10 20 30
	Func(1);//1 20 30
	Func(1, 2);//1 2 30
	Func(1, 2, 3);//1 2 3
	
	//不能在没有传前面的实参的情况下使用后面的缺省参数。下方为错误示例
	//Func(, 1, );
	//Func(, , 1);
	return 0;
}

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;
}

int main() {
	Func(1);//1 10 20
	Func(1, 2);//1 2 20
	Func(1, 2, 3);//1 2 3
	return 0;
}

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) {}
// 注意：如果声明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）

3. 缺省参数的应用

Stack.h

#pragma once
#include <stdlib.h>

namespace bit {
	/*void StackInit() {
		cout << "void StackInit()" << endl;
	}*/

	typedef struct Stack {
		int* a;
		int top;
		int capacity;
	}ST;

	////这种半缺省参数避免了频繁扩容。想开辟多少就传参就传多少。
	////就算不知道要开辟多少(即不传参数)，默认开辟4个整型也没浪费太多空间。
	//void StackInit(ST* ps, int N = 4) { 
	//	ps->a = (int*)malloc(sizeof(int) * N);
	//	ps->top = 0;
	//	ps->capacity = N;
	//}

	////PS：缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现。
	void StackInit(ST* ps, int N = 4);//只能声明给，定义不给
	void Stackpush(ST* ps, int x);
	//声明和定义要分开。在.h中声明；在.cpp中定义
	//因为.h可能被包含在多份文件中。可以重复声明，不能重复定义
}

 Stack.cpp

#include "Stack.h"

void bit::StackInit(ST* ps, int N) {
	ps->a = (int*)malloc(sizeof(int) * N);
	ps->top = 0;
	ps->capacity = N;
}

void bit::Stackpush(ST* ps, int x) {
	ps->a[ps->top++] = x;
}

NameSpace.cpp

#include "Stack.h"
int main() {
	bit::ST st1;
	StackInit(&st1, 10);
	for (int i = 0; i < 10; i++) 
		Stackpush(&st1, i);

	bit::ST st2;
	StackInit(&st2, 100);
	for (int i = 0; i < 100; i++)
		Stackpush(&st2, i);

    //这种就属于不知道要插入多少
	bit::ST st3;
	StackInit(&st3); 
	
	return 0;
}

第五章：函数重载

5.1 函数重载概念

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。 

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。
 

1. 参数类型不同

#include<iostream>
using namespace std;

//C语言不允许同名函数
//C++可以，但是要求构成函数重载（返回值不同不能构成重载）
//函数名相同，参数不同
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;
}

int main() {
    //在调用时也可以自动匹配
	cout << Add(1, 2) << endl;
	cout << Add(1.1, 2.2) << endl;
	return 0;
}

重载在某些情况下很好用。比如说交换两个数，在C语言中需要针对数据类型写很多个不同名的交换函数（整型的交换、浮点数的交换），使用时就要用与之对应的函数名去调用。
但在C++中使用函数重载，不管哪种类型的数据交换都是同一个函数名去调用。

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;
}

注意1：

构成函数重载的条件是在同一作用域

//下方【不构成】函数重载，因为他们在不同的作用域
namespace bit1 {
	void fun1(int x) {}
}
namespace bit2 {
	void fun1(double x) {}
}

//下方【构成】函数重载
namespace bit1 {
	void fun1(int x) {}
}
namespace bit1 {
	void fun1(double x) {}
}

注意2：

函数重载和缺省参数互不影响，但可能会造成调用歧义

//构成函数重载。
void func(int a) {
	cout << "void func(int a)" << endl;
}
void func(int a, int b = 10) {
	cout << "void func(int a, int b = 10)" << endl;
}

int main() {
	func(1, 2);
	func(1);//该写法两个都能调用，产生调用歧义

	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。

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，下面使用g++演示这个修饰后的名字。

5. 通过下面可以看出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

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

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。

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。

第六章：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。

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
	//下方这里是引用。本质就是同一个空间有两个名字
	int a = 0;
	int& b = a;//<====定义引用类型

	cout << &a << endl;//这里是取地址
	cout << &b << endl;

	b++;//b++可以让a也++
	a++;//a++可以让b也++
}

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

int main() {
	//int& b;//错误。引用在定义时必须初始化

	int a = 0;//一个变量可以有多个引用
	int& b = a;
	int& c = a;
	int& d = b;//可以对引用再引用

	int x = 1;
	b = x;//这里不是引用，是x的值赋值给b（因为一旦引用一个实体，再不能引用其他实体）。abcd的值都被修改了
	//int& b = x;//重定义，错误。b引用了a，不能再引用其他实体
}

6.3 常引用

//在引用的过程中
//权限可以平移、缩小，但不能放大

int func() {
	int a = 0;
	return a;
}
void TestConstRef() {
	int ret = func();//并不是直接返回a，而是有个临时变量（具有常性）。ret的改变不影响该临时变量
	//int& ret2 = func();//错误版本。根据上述原因，不能引用常量。
	const int& ret2 = func();

	const int a = 10;
	//int& ra = a;   // 权限的放大。该语句编译时会出错，a为常量
	const int& ra = a;//权限的平移
	int b = a;//这里是赋值拷贝，b修改不影响a

	int x = 0;
	const int& y = x; //权限的缩小。x可以修改，修改后会影响y，但y不能修改。

	//int& b = 10; // 该语句编译时会出错，b为常量。只能对变量引用
	const int& b = 10;
	
	int i = 0;
	double j = i;//可以赋值，

	double d = 12.34;
	//int& rd = d; //发生类型转换时，有个临时变量，临时变量具有常性，所以不能引用常量。该语句编译时会出错，类型不同
	const int& rd = d;//加const修饰就变为常量，可以引用
}

6.4 使用场景

1. 做参数

示例1

引用作为输出型参数很方便，在二叉树前、中、后序遍历的题目中不需要像C语言那样传地址后解引用。

struct TreeNode {
	int val;
	struct TreeNode* left;
	struct TreeNode* right;
};

int TreeSize(struct TreeNode* root) {
	return !root ? 0 : TreeSize(root->left) + TreeSize(root->right) + 1;
}

//C语言版本
void _preorder(struct TreeNode* root, int* a, int* pi) { //用指针接收
	if (!root)
		return;

	a[(*pi)++] = root->val;//对指针解引用
	_preorder(root->left, a, pi);
	_preorder(root->right, a, pi);
}
int* preorderTraversal(struct TreeNode* root, int* returnSize) {
	*returnSize = TreeSize(root);
	int* a = (int*)malloc(*returnSize * sizeof(int));

	int i = 0;
	_preorder(root, a, &i);//传地址

	return a;
}

//C++引用版本
void _preorder(struct TreeNode* root, int* a, int& ri) {//ri是i的别名，修改ri就可以修改i
	if (!root)
		return;

	a[ri++] = root->val;
	_preorder(root->left, a, ri);
	_preorder(root->right, a, ri);
}

int* preorderTraversal(struct TreeNode* root, int& returnSize) { //输出型参数
	returnSize = TreeSize(root);
	int* a = (int*)malloc(returnSize * sizeof(int));

	int i = 0;
	_preorder(root, a, i);//C++引用版本
	return a;
}

int main() {
	int size;
	preorderTraversal(nullptr, size);
}

示例2

void Swap(int& x1, int& x2) { //指针修改
	int tmp = x1;
	x1 = x2;
	x2 = tmp;
}
int main() {
	int x = 0, y = 1;
	Swap(x, y);
}

示例3

typedef struct ListNode {
	int val;
	struct ListNode* next;
}ListNode;
//错误版本
//这里是传值调用，phead是plist的临时拷贝。修改phead不会影响plist
void PushBack(ListNode* phead, int x) {}

//C语言版本
void PushBack(ListNode** pphead, int x) {} //修改plist需要plist的地址。plist是一级指针，所以需要传二级指针

//C++引用版本
typedef struct ListNode {
	int val;
	struct ListNode* next;
}ListNode, *PListNode;
void PushBack(ListNode*& pphead, int x) {} //写法1 建议这种写法，能够清楚是一级指针的引用
void PushBack(PListNode& pphead, int x) {} //写法2
int main() {
	ListNode* plist = NULL;
	//PushBack(plist, 1);//错误版本
	//PushBack(&plist, 1);//C语言版本
	PushBack(plist, 1);
	return 0;
}

2. 做返回值

解释传值返回

int Count() {
	static int n = 0;
	n++;
	// ...
	return n;
}
int main() {
	int ret = Count();
	//这里其实不是返回n，因为n已经随Count函数栈帧销毁而销毁了。
	//中间有个临时变量储存返回值
}

引用返回错误示例

int& Count() { //错误示范
	int n = 0;
	n++;
	// ...
	return n;//返回n的别名。有点类似野指针
}
int main() {
	int ret = Count();//这种是n的引用拷贝给ret
	cout << ret << endl;//这里打印的结果可能是1，也可能是随机值
	cout << ret << endl;//同上方

	//下方两次打印结果可能是1，也可能是随机值
	//因为ret是n指向空间的引用。但n和Count函数已经被销毁了
	//cout是函数调用，所以n指向那块空间可能就被覆盖了
	int& ret = Count();
	cout << ret << endl;
	cout << ret << endl;
}

引用返回示例1

typedef struct SeqList {
	int a[10];
	int size;
}SeqList;

//C接口设计
//读取第i个位置的值
int SLAT(SeqList* ps, int i) {
	assert(i < ps->size);
	return ps->a[i];
}
//修改第i个位置的值
void SLModify(SeqList* ps, int i, int x) {
	assert(i < ps->size);
	ps->a[i] = x;
}

//C++接口设计
//读或修改第i个位置的值
int& SLAT(SeqList& ps, int i) {
	assert(i < ps.size);
	return ps.a[i];
}

int main() {
	SeqList s;
	s.size = 3;
	SLAT(s, 0) = 10;//修改第0个位置。SLAT有引用返回，所以可以赋值
	SLAT(s, 1) = 20;
	SLAT(s, 2) = 30;
	cout << SLAT(s, 0) << endl;//直接访问并打印引用返回
	cout << SLAT(s, 1) << endl;
	cout << SLAT(s, 2) << endl;
}

引用返回示例2

#define N 10
struct SeqList {
	//成员函数
	int& at(int i) {
		assert(i < N);
		return a[i];
	}

	int& operator[](int i) {
		assert(i < N);
		return a[i];
	}

	//成员变量
	int a[N];
};

int main() {
	//struct SeqList s1;//兼容C的用法
	SeqList s2;

	for (size_t i = 0; i < N; i++)
		//s2.at(i) = i;
		s2[i] = i; //等效于s2.operator[](i) = i;

	for (size_t i = 0; i < N; i++)
		//cout << s2.at(i) << " ";
		cout << s2[i] << " ";
	cout << endl;
}

下面代码输出什么结果？为什么？

int& Add(int a, int b) { //错误示范
	int c = a + b;
	return c;
}
int main() {
	int& ret = Add(1, 2);
	Add(3, 4);
	cout << "Add(1, 2) is :" << ret << endl;//结果可能是7
	//因为ret是c空间的引用。第二次调用Add函数，c的值被修改为7
	return 0;
}
//所以上述这些函数不能使用引用返回，可能造成随机值

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。

1. 值和引用的作为参数类型的性能比较

#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;//7
	cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;//1
}
int main() {
	TestRefAndValue();
}

2. 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;//146
	cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;//1
}

int main() {
	TestReturnByRefOrValue();
}

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。

传引用传参（任何时候都可以用）

1. 提高效率
2. 输出型参数（形参的修改，也会影响实参）

传引用返回（出了函数作用域对象还在才可以用）

1. 提高效率
2. 修改返回对象

6.6 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;  //00AFFA80
	cout << "&ra = " << &ra << endl;//00AFFA80
	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。(通过汇编代码对比可知）

int main() {
	int a = 10;
	
	//下方代码通过汇编代码对比可以看到是相同的，底层都是按照指针方式来实现。
	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
    

第七章：内联函数

7.1 概念

内联函数用于填坑C语言的宏

宏函数缺点：

1. 容易出错，语法坑多
2. 不能调试
3. 没有安全类型检查

宏函数优点：

1. 没有类型的严格限制
2. 针对频繁调用小函数，不需要再建立栈帧，提高了效率

#define N 10
#define ADD(x, y) ((x)+(y))

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。

如果在上述函数前增加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。

查看方式：

1. 在release模式下，查看编译器生成的汇编代码中是否存在call Add
2. 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 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。下图为《C++prime》第五版关于inline的建议：

   

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

虽然下方内联声明和定义分开，但内联函数在另外一个函数内，所以可以调用

//Func.h
#pragma once
#include <iostream>
using namespace std;

inline void f(int i);
void fx();


//Func.cpp
#include "Func.h"

void f(int i) {
	cout << "f(int i)" << i << endl;
}

void fx() {
	f(1);
}


// main.cpp
#include "Func.h"
int main() {
	f(1);//无法调用，链接错误

	fx();//fx()看的到f(1)的定义，可以调用，与内联无关
	return 0;
}

inline 函数依然有函数地址，编译器可能会：

• 直接内联展开（没有真实调用）。
• 或保留一个真实函数实体供取地址使用。

inline 的核心变化：ODR（唯一定义规则）
普通函数要求：
       一个程序里只能有一个定义（One Definition Rule）
而 inline 函数变成：
    允许在多个编译单元（cpp）中出现“相同定义”

inline 函数：

• 可以跨文件调用（完全可以）
• 但必须让每个用到它的编译单元都“看到定义”
• 通常通过 header 实现

inline 不建议声明和定义分离，否则链接错误，本质是：

• header 里声明 inline
• cpp 里定义却没 inline
• 违反 ODR 语义一致性

内联函数可以声明和定义分开，但每个使用它的翻译单元都必须能看到它的定义。

如果声明和定义分开，且声明和定义都带 inline 呢？
inline 的语义要求：如果一个翻译单元对它进行了调用（odr-use），这个翻译单元应该能够看到它的定义。至于编译器最终展不展开，那是编译器自己的优化决定。inline 只是给编译器一个建议（hint），不是强制要求。因为编译器在编译 main.cpp 的时候，需要有选择权。main.cpp 根本没有机会进行内联展开，也无法验证定义，因此这种写法违反了 inline 的使用要求。

即使声明和定义都带 inline，如果调用处所在的翻译单元只能看到声明、看不到定义，那么编译器就无法获得函数体。它既无法进行内联展开，也不满足 inline 要求定义可见的规则，因此这种写法是不正确的。
 

第八章：auto关键字

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

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。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>

int main() {
	int a = 0;
	auto b = a;//auto根据右边的值自动推导左边的类型
	auto c = &a;//c是int*
	auto& d = a;//d是a的引用

	//普通场景没有什么价值
	//类型很长，就有价值，简化代码
	std::vector<std::string> v;
	std::vector<std::string>::iterator it = v.begin();
	auto it = v.begin();//上方代码简化后

	//查看类型
	cout << typeid(c).name() << endl;
	cout << typeid(d).name() << endl;
}

【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。

8.3 auto的使用细则

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 main() {
	int x = 10;
	auto a = &x;
	auto* b = &x;
	auto& c = x;

	cout << typeid(a).name() << endl;//int
	cout << typeid(b).name() << endl;//int
	cout << typeid(c).name() << endl;//int*
	
	*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
}

8.4 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[10];
}

3. 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

4. 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。

第九章：基于范围的for循环

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：

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。

int main() {
	int a[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	for (int i = 0; i < sizeof(a) / sizeof(a[0]); ++i)
		a[i] *= 2;

	for (int i = 0; i < sizeof(a) / sizeof(a[0]); ++i)
		cout << a[i] << " ";
	cout << endl;

	//范围for
	//依次取数组中的数据复制给e
	//自动判断结束
	//自动迭代
	for (auto e : a) //auto换成int也可以，因为数组元素是int类型
		cout << e << " ";
	cout << endl;


	////无效，数组数据不会变化。因为这里是依次取数组的值赋值给x
	////x的改变不影响数组的值
	//for (auto x : a) //错误版本
	//	x *= 2;

	//正确版本
	for (auto& x : a)
		x *= 2;
}

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) //范围for这里的array针对的是数组名。不管是C还是C++传过来的是指针
		cout << e << endl;
}

第十章：指针空值nullptr

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实际是一个宏，在传统的C头文件(stddef.h)中，可以看到如下代码

//下方为C++98
#ifndef NULL  // 如果 NULL 未被定义
#ifdef __cplusplus  // 如果是 C++ 编译环境
#define NULL 0  // 在 C++ 中，NULL 定义为 0
#else  // 如果是 C 语言编译环境
#define NULL ((void *)0)  // 在 C 语言中，NULL 定义为 (void *)0，以确保是指针类型
#endif // 结束 #ifdef __cplusplus 语句。
#endif //结束 #ifndef NULL 语句。 

可以看到，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 i) {
	cout << "f(int)" << endl;
}
void f(int* p) {
	cout << "f(int*)" << endl;
}
int main() {
	f(0);         //f(int)
	f(NULL);      //f(int)
	f((int*)NULL);//f(int*)
	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。
3. 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。

作业

1.下面关于C++命名空间描述错误的是( )

A.命名空间定义了一个新的作用域。
B.std是C++标准库的命名空间。
C.在C++程序中，命名空间必须写成using namespace std;
D.我们可以自己定义命名空间。

答案：C
A.命名空间主要解决名字冲突，其作用就是定义一个新的作用域
B.std是标准命名空间
C.还有std::xx 和using std::xx来使用标准库中的用法，所以不是必须写using namespace std
D.可以通过namespace space_name{}；定义自己新的命名空间

2. 下面关于C++缺省参数描述错误的是( ) 【不定项缺省】

A.缺省参数是声明或定义函数时为函数的参数指定一个默认值.
B.在调用有缺省参数的函数时，如果没有指定实参则采用该默认值，否则使用指定的实参
C.C和C++都支持缺省参数
D.全缺省就是参数全部给缺省值，半缺省就是缺省一半的值

答案：CD
A.缺省参数就是给出的函数参数的默认值
B.很明显，这是给出缺省值的意义所在
C.纯C语言，即.c文件，函数不支持缺省参数，C++即.cpp文件支持
D.半缺省不能随便缺省一半，必须从右往左缺省，否则编译出错

3.下面关于函数重载描述错误的是( )【多选择】

A.构成函数重载的条件是函数名相同就可以
B.重载的函数参数可以相同
C.重载的函数返回值可以相同
D.C和C++都支持函数重载

答案：ABD
A.函数名相同只是函数重载的条件之一
B.重载函数必须参数列表有所不同（包括参数类型和参数个数）
C.重载函数不依靠返回值来区分，所以返回值可以相同
D.C不支持函数重载

4.以下不是double compare(int,int)的重载函数的是( )

A.int compare(double,double)
B.double compare(double,double)
C.double compare(double,int)
D.int compare(int,int)

答案：D
A.重载必须是参数列表有所不同(包括个数和类型)，所以参数类型不同，构成重载
B.参数类型不同，构成重载
C.参数类型不同，构成重载
D.函数重载不能依靠返回值的不同来构成重载，因为调用时无法根据参数列表确定调用哪个重载函数，故错误

5.关于引用与指针的区别，下面叙述错误的是( )

A.引用必须被初始化，指针不必
B.指针初始化以后不能被改变，引用可以改变所指的对象
C.删除空指针是无害的，不能删除引用
D.不存在指向空值的引用，但是存在指向空值的指针

答案：B
A.引用必须定义时初始化，指针不初始化其值为随机指向
B.指针可以改变指向，引用不能，故错误
C.空指针没有任何指向，删除无害，引用是别名，删除引用就删除真实对象
D.引用必须初始化，所以不能为空引用，指针可以

6.“引用”与指针的区别是什么( )

A.指针通过某个指针变量指向一个对象后，对它所指向的变量间接操作。程序中使用指针，程序的可读性差；而引用本身就是目标变量的别名，对引用的操作就是对目标变量的操作
B.引用通过某个引用变量指向一个对象后，对它所指向的变量间接操作。程序中使用引用，程序的可读性差；而指针本身就是目标变量的别名，对指针的操作就是对目标变量的操作
C.指针比引用更节省存储空间
D.以上都不正确

答案：A
A.指针是间接操作对象，引用时对象的别名，对别名的操作就是对真实对象的直接操作，故正确
B.很显然，答案刚好相反
C.指针需要开辟空间，引用不需要开辟空间，故错误
D.一山不容二虎，A正确，D如何是好

7.关于引用以下说法错误的是（ ）。(阿里巴巴2015笔试题) 

A.引用必须初始化，指针不必
B.引用初始化以后不能被改变，指针可以改变所指的对象
C.不存在指向空值的引用，但是存在指向空值的指针
D.一个引用可以看作是某个变量的一个“别名”
E.引用传值，指针传地址
F.函数参数可以声明为引用或指针类型

答案：E
A.引用必须初始化，必须在定义引用时明确引用的是哪个变量或者对象，否则语法错误，指针不初  始化时值为随机指向
B.引用一旦定义时初始化指定，就不能再修改，指针可以改变指向
C.引用必须出示化，不能出现空引用，指针可以赋值为空
D.简单粗暴的引用理解可以理解为被引用变量或对象的"别名"
E.引用表面好像是传值，其本质也是传地址，只是这个工作有编译器来做，所以错误
F.函数调用为了提高效率，常使用引用或指针作为函数参数传递变量或对象

8.关于c++的inline关键字,以下说法正确的是( ) 

A.使用inline关键字的函数会被编译器在调用处展开
B.头文件中可以包含inline函数的声明
C.可以在同一个项目的不同源文件内定义函数名相同但实现不同的inline函数
D.递归函数也都可以成为inline函数

答案：C
A.不一定，因为inline只是一种建议，需要看此函数是否能够成为内联函数
B. inline函数不支持声明和定义分离开，因为编译器一旦将一个函数作为内联函数处理，就会在调用位置展开，即该函数是没有地址的，也不能在其他源文件中调用，故一般都是直接在源文件中定义内联函数的
C.inline函数会在调用的地方展开，所以符号表中不会有inline函数的符号名，不存在链接冲突。
D.比较长的函数，递归函数就算定义为inline，也会被编译器忽略，故错误

9.在（ ）情况下适宜采用 inline 定义内联函数

A.函数体含有循环语句
B.函数体含有递归语句
C.函数代码少、频繁调用
D.函数代码多，不常调用

答案：C
A.含有循环语句，违背内联函数的本质
B.含有递归语句，违背内联函数的本质
C.尽可能把代码短小，频繁调用的函数设置为内联函数
D.含代码量大，违背内联函数的本质

内联函数是一种建议，如果函数内部包括循环，递归，或者  代码量大且复杂，这些函数即使设置了内联函数，系统也不会当做内联函数来处理。