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系列文章专栏：C++
踏上取经路，比抵达灵山更重要。
目录
一.C++的第一个程序
C++兼容绝大多数C语言的语法,所以C语言实现的helloworld依旧可以运行,C++中需要把定义文件代码的后缀改成.cpp,vs编译器(我使用的是vs2022)看到是.cpp就会调用C++编译器编译,linux下要用g++编译,不再是gcc.
//test.cpp
#include<stdio.h>
int main()
{
printf("hello world\n");
return 0;
}当然C++也有自己的一套输入输出,严格说C++版本的helloworld应该这样写:
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
cout << "hello world\n" << endl;
return 0;
}接下来会依次讲解上面的代码
二.命名空间
1.namespace的价值
在C/C++中,变量,函数和后面要学习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,比如两个程序员定义的变量名相同等等.使用命名空间的目的是对标识符的名称进行本地化,以避免命名冲突或者名字污染,namespace作为一种关键字,它的出现就是为了解决这样的问题的.
C语言项目类似下面程序这样的命名冲突是普遍存在的问题,C++引入namespace就是为了更好的解决这样的问题.
#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;
}
2.namespace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,然后接上一对{}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 name
{
//定义变量
int rand = 10;
int A = 0;
//定义函数
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
//定义自定义类型
struct B
{
int a = 1;
int b = 2;
};
}namespace本质上是定义出了一个域,这个域跟全局域各自独立,不同的域可以定义同名变量,所以上面的rand不在冲突了.name作为这个域的名字,是可以随便取的,根据情况命名即可.
在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/类型的出处(声明或定义)的逻辑,所以有了域隔离,名字冲突的情况就得以解决了.局部域和全局域出了会影响编译时查找逻辑,还会影响变量的生命周期,命名空间域和类域不影响变量的生命周期.
当然我们还可以在namespace中进行嵌套定义,但是注意namespace只能定义在全局中.
namespace A
{
int a = 0;
namespace B
{
int b = 0;
}
namespace C
{
int c = 0;
}
}在项目工程中,多文件中定义的同名namespace会被认为是同一个namespace,并不会冲突.它们最后会合并到一起,就跟定义在同一个namespace中一样.
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.所以下面的程序会报错.
namespace A
{
int a = 10;
}
int main()
{
printf("%d", a);
return 0;
}
因为编译器在全局域中根本找不到a这个变量,a存在命名空间A中,所以会报错.
我们要使用命名空间中定义的变量/函数,有三种方式:
1.指定命名空间访问.
#include<stdio.h>
namespace A
{
int a = 10;
namespace B
{
int b = 20;
}
}
int main()
{
printf("%d", A::a);
printf("%d", A::B::b);
return 0;
}在C++中，双冒号(::)是域作用限定符。双冒号可以用于访问命名空间中的成员。,如果有嵌套调用的情况,再用一个::就行.
2.使用using关键字将命名空间中的某个成员展开,项目中经常访问的不存在冲突的成员推荐使用这样的方式.
#include<stdio.h>
namespace A
{
int a = 10;
namespace B
{
int b = 20;
}
}
using A::a;
using A::B::b;
int main()
{
printf("%d", a);
printf("%d", b);
printf("%d", A::a);
printf("%d", A::B::b);
return 0;
}使用这样的方式后,该空间中的变量与全局变量一样了.
3.展开命名空间中的全部成员,项目不推荐,冲突风险很大,日常小练习,为了程序方便,推荐使用。
#include<stdio.h>
namespace A
{
int a = 10;
namespace B
{
int b = 20;
}
}
using namespace A;
int main()
{
printf("%d", a);
//printf("%d", b);
printf("%d", A::a);
printf("%d", A::B::b);
return 0;
}虽然这样全部展开后可以直接使用,但是内部如果存在嵌套调用,仍然是不能使用的,还是需要域作用限定符或者再次全部展开.
C++标准库都放在一个叫做std(standard)的命名空间中.
为了方便,我们一般会将其进行展开,这也是为啥开头的代码中有using namespace std;这样一行代码.
三.C++的输入输出
<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。
所以要使用输入输出要包含这个头文件.
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
int a = 10;
int b = 20;
cout << a << b;
//输出1020
}我们将std展开,这样就不需要写std::了
std::cout是ostream类的对象，它主要⾯向窄字符(narrow characters (of type char))的标准输出流。<<是流插入运算符.用于输出
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
int a = 10;
cin >> a;
cout << a;
}
std::cin是istream类的对象，它主要⾯向窄字符的标准输⼊流。>>是流提取运算符。用于输入.
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
int a = 0;
double b = 0.1;
char c = 'x';
cout << a << " " << b << " " << c << endl;
std::cout << a << " " << b << " " << c << std::endl;
scanf("%d%lf", &a, &b);
printf("%d %lf\n", a, b);
// 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;
}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。
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。
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。 ⼀般⽇常练习中我们可以using namespace std，实际项⽬开发中不建议using namespace std。 这⾥我们没有包含，也可以使⽤printf和scanf，在包含间接包含了。vs系列编译器是这样的，其他编译器可能会报错。
四.缺省参数
缺省参数是声明或者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,缺省参数分为全缺省和半缺省参数,缺省参数也可以叫做默认参数.
#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;
}全缺省就是全部的形参都给缺省值,半缺省就是部分的形参给缺省值.C++规定半缺省参数必须全部都在最右边,不能间隔跳跃给缺省值.因为这样就不能区分这里到底给没有给参数.
#include <iostream>
using namespace std;
// 全缺省
void Func1(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{
cout << "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;
cout << "c = " << c << endl << endl;
}
// 半缺省
void Func2(int a, int b, int c = 20)
{
cout << "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;
cout << "c = " << c << endl << endl;
}函数和定义分离时,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.
#include <iostream>
using namespace std;
void Func1(int a, int b = 10, int c = 20);
void Func1(int a, int b = 10, int c = 20)
{
cout << "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;
cout << "c = " << c << endl << endl;
}
int main()
{
Func1(1);
}
五.函数重载
在C++中,支持在同一作用域中出现同名的函数,但是要求这些同名函数的形参不同,可以是参数个数不同,或者参数类型不同.这样C++函数调用就表现出了多态行为,使用更灵活.C语言是不支持同一作用域中出现两个同名函数的.
#include<iostream>
using namespace std;
//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;
}
//参数个数不同
void f()
{
cout << "f()"<<endl;
}
void f(int a)
{
cout << "f(int a)" << endl;
}
//参数顺序不同
void f(int a, char b)
{
;
}
void f(char a, int b)
{
;
}返回值不同并不能作为重载的条件,因为调用的时候也无法区分.下面的代码是错误的
void f()
{
;
}
int f()
{
return 1;
}下面两个函数构成重载
void f()
{
cout << "f()"<<endl;
}
void f(int a = 10)
{
cout << "f(int a)" << endl;
}但是在调用的时候,会报错,因为如果不写参数,两个函数都可以调用,此时编译器不知道调用谁.
六.引用
1.引用的概念和定义
引用不是新定义一个变量,而是给已经存在的变量取了一个别名,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.相当于这个内存空间有两个名字.
类型& 引用别名 = 引用对象;C++中为了避免引入太多的运算符,会复用C语言的一些符号,比如前面的<<和>>,这里引用也和取地址运算符使用了同一个符号.
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
int a = 0;
int& b = a;
//b是a的别名
int& c = b;
//c又是b的别名,也是a的别名
++c;
cout << a << endl;
cout << b << endl;
cout << c << endl;
cout << &a << endl;
cout << &b << endl;
cout << &c << endl;
}由于a和b和c是同一块空间的不同名字,对其中任意一个改变,另外两个也会发生变化,而且三者的地址是一样的.
2.引用的特性
1.引用在定义的时候必须初始化.
int a = 0;
int& b;
//这样是会报错的
int& b = a; 
2.一个变量可以有多个引用
比如上面举得例子就是如此
3.引用一旦引用了一个实体后,就不能引用其他实体,也就是不能改变.
3.引用的使用
引用在实践中主要是于引用传参和引用做返回值中,减少拷贝提高效率和改变引用对象时同时改变被引用的对象.
#include<iostream>
using namespace std;
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);
cout << x << " " << y << endl;
return 0;
}我们知道形参是实参的一份临时拷贝,我们使用引用这样就不会产生拷贝了.
虽然指针传参的功能和引用传参的功能类似,但是还是引用传参相对方便一些.
4.const引用
可以引用一个const对象,但是必须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,可以缩小不能放大.
int main()
{
const int a = 10;
//a是无法改变的,如果采用下面的引用方式,b就是可以改变的,权限就放大了
//int& b = a;
const int& b = a;
//这样就是正确的,b也无法改变
}临时对象具有常性,所以在引用时必须常引用才行.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， C++中把这个未命名对象叫做临时对象
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
int a = 10;
//编译报错: “初始化”: ⽆法从“int”转换为“int &”
//因为10是常量.
//int& m = 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;
}类似 int& rb = a*3; double d = 12.34; int& rd = d; 这样⼀些场 景下a*3的和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，就是时，rb和rd引⽤的都是临时对象，⽽C++规定临时对象具有常性，所以这⾥ 就触发了权限放⼤，必须要⽤常引⽤才可以。
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.
引用在定义时必须初始化,指针建议初始化但不是必须的
引用在初始化引用一个对象后,就不能再引用其他的对象;而指针却可以随意的改变所指向的对象
引用只是变量的另一个名字,可以直接访问变量,而指针需要解引用才能访问所指向的对象
指针很容易出现空指针和野指针的情况,而引用就相对安全一些
七.inline
用inline修饰的函数叫做内敛函数,在编译时C++编译器会在调用的地方展开内敛函数,这样该函数就不需要建立栈帧了,可以提高效率.
inline对于编译器来说只是建议,也就是说,你加了inline编译器也可能不在调用的地方进行展开,不同的编译器对于inline什么情况下展开有不同的情况,c++标准是没有规定这个情况的.inline适用于频繁调用的短小函数,对于递归函数这样代码很多的函数,就算加上inline也会被编译器所自动忽略.
C语言在实现宏函数的时候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，且不方便调试，Ｃ＋＋设计了inline的目的就是为了替代C的宏函数
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被展开了,就没有函数地址了,链接会出现错误.
八.NULL / nullptr
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：
#ifndef NULL
#ifdef __cplusplus
#define NULL 0
#else
#define NULL ((void *)0)
#endif
#endif
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++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;
}
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