本文介绍了C++中的命名空间，包括其定义、嵌套和使用方式，以解决命名冲突问题。接着讨论了C++的输入输出，如iostream和命名空间std的使用。然后解释了函数缺省参数的概念和分类，以及如何在实际应用中使用。此外，详细阐述了函数重载的概念和规则。最后，深入探讨了引用，包括引用的定义、特性、常引用及其在函数参数和返回值中的应用，强调了引用与指针的区别和效率差异。
目录
C和C++的区别
1、C是面向过程的语言，是结构化和模块化的语言，适合处理较小规模的程序，考虑的是如何通过一个过程（函数）对输入进行处理得到输出；
C++是面向对象的语言，主要特征是“封装、继承和多态”。封装隐藏了实现细节，是得代码模块化；派生类可以继承父类的数据和方法，扩展已经存在的模块，实现了代码复用；多态则是“一个接口，多种实现”，通过派生类重写父类的虚函数，实现了接口的重用。
2、C和C++动态管理内存的方法不一样，C是使用malloc/free，而C++除此之外还有new/delete关键字。C++是通过在C的基础上进行扩展，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。故C++兼容C绝大多数的特性。也暗含着C++的基础语法也是为了弥补C语言的某些缺陷。
3、比如，C++中有引用，C中不存在引用的概念。（下面）
1、命名空间
在C中可能会出现命名冲突问题，定义的全局变量、函数有可能与C/C++库文件以及项目中团队成员写的文件中的变量发生命名冲突的问题
定义的全局变量
rand和库中的rand发生冲突。解决：
在C++中引入了命名空间，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。
1.1 命名空间的定义
在C中不同函数内部可以使用相同的变量名，它们被域所隔离，只在当前的函数域内起作用，域分为局部域和全局域，它们影响变量的使用和生命周期。
1、命名空间，即定义一个域来定义变量、函数或类型，使用这些变量时需在其名称前面加上特定的标识，对标识符的名称进行本地化处理以避免命名冲突或名字污染。
2、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
//test是命名空间的名字，一般开发中是用项目名字做命名空间名。
namespace test {
//1.变量
int rand = 0;
//2. 函数
int Add(int a, int b) {
return a+b;
}
//3.结构体
struct Node {
int val;
struct Node* next;
};
}命名空间中只能定义变量或函数并进行初始化，不可以进行其他操作。
命名空间嵌套
namespace N1 {
int a = 0;
int b = 0;
int Add(int a, int b) {
return a + b;
}
namespace N2 {
int c = 0;
int d = 0;
int Sub(int c, int d) {
return c - d;
}
}
}1、同一个工程中允许存在多个相同名称的命名空间,当命名空间重名时，两个同名的命名空间会被合并为一个工作空间。
2、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
1.2命名空间的使用
在命名空间中定义变量，相当于将变量封锁起来，只能使用特定的方式进行访问。
在变量名前加上空间名和 : :，即告诉编译器使用该命名空间中的变量。当然，域作用限定符并不是C++新增的C语言中同样可以使用
void func()
{
int a = 11; //局部变量
}
int a = 22; //全局变量
int main()
{
int a = 33;
printf("%d\n", a); //33 优先寻找函数内的局部变量
printf("%d\n", ::a); //22 ::域作用限定符 直接进入全局寻找
return 0;
}: : 域作用限定符 前不写空间的名称，就表示使用全局范围的变量。
命名空间的使用有三种方式：
加命名空间名称及作用域限定符 : :
namespace test
{
int rand = 0;
}
int main()
{
printf("%d", test::rand);
}在变量名前加上空间名和: :，即告诉编译器使用该命名空间中的变量。
使用using namespace 命名空间名称 引入
using 展开命名空间 影响查找规则
using namespace test;
int main()
{
rand = 1;
Add(1, 2);
struct Node n1;
return 0;
}这种写法将该命名空间中的所有变量或者函数都展开，好处是非常方便但坏处是使整个命名空间失效，可能造成命名冲突。相当于取消隔离，所以要慎用。
使用using将命名空间中某个成员引入
using namespace test::b;
using namespace test::rand
int main()
{
printf("%d\n", test::a);
printf("%d\n", b);
return 0
}指定引入单独的空间成员，只展开常用的成员，相对来说更加安全可靠。
注意：
在实际开发的项目中使用指定命名空间访问，常用部分展开使用，小的程序，日常练习中可以全局展开
2、C++输入&输出
#include <iostream> //C++标准输入输出流文件
using namespace std;
int main()
{
int a;
cin>>a;
//1. 全部展开
cout << "hello world" << endl;
//2.指定使用
std::cout << "hello world" << std::endl;
//3.部分展开
using std::cout;
using std::endl;
cout << "hello world" << endl;
return 0;
}
- 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
#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;
}cout,cin可以自动识别类型，不需要格式控制符，也可以根据变量的值自动控制小数点位数。如果想实现控制域宽或小数位数，最好使用 prinf 和 scanf 。cin 和 scanf 都存在缓冲区遗留回车字符\n的问题。
cin 不能接受空格
3、缺省参数
3.1 缺省参数的概念
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（默认值）。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 = 0)
{
cout << a << endl;
}
int main()
{
func(); //没有传参时，使用参数的默认值
func(1); //传参时，使用指定的实参
return 0;
}
3.2 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;
}2、半缺省参数
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()
{
//从右往左连续缺省
Func(); // 不传参
Func(1); // 传 a=1
Func(1, 2); // 传 a=1,b=2
Func(1, 2, 3); // 传 a=1,b=2,c=3
//错误写法
Func(,2,);
Func(,,3);
Func(1,,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
//1. 全缺省
void Func(int a = 10, int b = 20, int c = 30) {}
//2.从右往左连续缺省
void Func(int a, int b = 20, int c = 30) {}
//3.
void Func(int a, int b, int c = 30) {}
//错误形式
void Func(int a = 10, int b, int c = 30) {}
void Func(int a = 10, int b, int c) {}2. 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现
3. 缺省值必须是常量或者全局变量
缺省参数的应用
struct Stack
{
int* a;
int top;
int capacity;
};
//初始化
void StackInit(struct Stack* ps,int defaultCapacity = 4)
{
//ps->a = (int*)malloc(sizeof(int*) * 4); //空间写死
ps->a = (int*)malloc(sizeof(int*) * defaultCapacity); //缺省参数使用
//...
ps->top = 0;
//ps->capacity = 4;
ps->capacity = defaultCapacity;
}
int main()
{
Stack st1;
StackInit(&st1, 100);//开辟100
Stack st2;
StackInit(&st2);//缺省，默认开辟
return 0;
}capacity的大小，如果确实实际可以传实参，不确认大小，使用默认参数
4、函数重载
函数重载的概念：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。
注意：返回类型不同不算重载。因为仅靠返回类型无法在调用时区分重载的函数。
函数重载的定义
//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;
}5、引用
5.1 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同一块内存空间
//类型 & +引用变量名（对象名） = 引用实体
void TestRef()
{
int a = 10;
int& ra = a;//<====定义引用类型
printf("%p\n", &a); //0037F74C
printf("%p\n", &ra); //0037F74C
}
注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的
5.2 引用特性
- 引用在定义时必须初始化
- 一个变量可以有多个引用
- 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体
//1.
int a = 10;
//int& ra; //该条语句编译时会出错
//2.
int& b = a;
int& c = a;
int& d = a;
//3.
int e = 1;
int& f = a;
f = e; //把e赋值给f所引用的变量a定义引用时必然要初始化，不然别名就没有意义了。
一个变量可以取多个别名，但一个别名被使用后便不可以指代其他变量，只能是赋值操作。
5.3 常引用
常变量是具有常属性的变量，那么常引用就是具有常属性的引用。常引用会涉及到权限的问题
//权限放大
const int a = 0;
int& ra = a; //该语句编译时会出错，a为常量 ，不可更改
//权限缩小
int b = 0;
const int rb = b; // b可以更改，但是rb不可以改变
//权限相同
const int c = 0;
const int& rc = c;引用const修饰的常变量时，如果引用不加const，那么就造成了权限扩大显然时不允许的。权限不允许扩大但是可以不变和缩小，在用引用做参数时，可以加const修饰防止实参被修改。
int fun()
{
int n = 0;
return n;
}
int main()
{
int& ret = fun(); //错误 传回的是临时变量
const int& ret = fun();
int x = 0;
double& y = x;//不能接受 类型不匹配 类型变化产生临时变量
const double& y = x;
return 0;
}1、临时变量具有常性 需要const修饰为常量接受
2、类型不匹配 类型变化产生临时变量 ，临时变量具有常性
5.4 引用的应用
1、作函数参数
void Swap(int x, int y) { //传值
int tmp = x;
x = y;
y = tmp;
}
void Swap(int* px, int* py) { //传址
int tmp = *px;
*px = *py;
*py = tmp;
}
void Swap(int& rx, int& ry) { //传引用
int tmp = rx;
rx = ry;
ry = tmp;
}
int main() {
int x = 0, y = 1;
Swap(&x, &y);
cout << x << " " << y << endl;
Swap(x, y);
cout << x << " " << y << endl;
return 0;
}第一种传值调用显然是不行的，传址调用和传引用的区别在于前者通过地址访问到实参x,y，后者通过引用实参避免了实参的临时拷贝。
typedef struct Node
{
struct Node* next;
int val;
}Node, *PNode;
//typedef struct Node* PNode;
void SLTPushBack(Node** pphead, int x); // C
//引用 优化
void SLTPushBack(Node*& phead, int x); // CPP
void SLTPushBack(PNode& phead, int x);引用传的是地址，可以解决C中二级指针的麻烦使用，形参改变实参也改变
2、做返回值
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; //7
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。
函数的返回值
1、除字符串返回 其他都会暂时存储到 临时变量（常性）
2、函数返回值出栈销毁，接受的 是临时变量
3、接受后 临时变量 释放
引用做返回值
1、引用做返回值 是返回 返回值的别名
2、 减少拷贝 不在产生临时变量
3、如果返回的不是静态/全局 ，会发生 栈销毁了 接受别名的变量 再次访问 出错
5.5 传值传引用效率对比
#include <time.h>
struct A { int a[10000]; };
void TestFunc1(A a) {}
void TestFunc2(A& a) {}
void TestTransferRefAndValue() {
A a;
size_t begin1 = clock();
for (size_t i = 0; i < 1000000; i++)
TestFunc1(a);
size_t end1 = clock();
size_t begin2 = clock();
for (size_t i = 0; i < 1000000; i++)
TestFunc2(a);
size_t end2 = clock();
cout << "TestFunc1(A a):" << end1 - begin1 << endl;
cout << "TestFunc2(A& a):" << end2 - begin2 << endl;
}
int main() {
TestTransferRefAndValue();
return 0;
}
传引用和传指针差不多，每次调用都访问的是同一块空间，而传值每次调用都会开辟一样大的空间，所以传引用的效率比传值高很多，数据越大对性能的提升越大。引用可以作输出型参数或输出型返回值，就是达到形参改变外面的实参的目的。
5.6 引用和指针的区别
引用和指针的不同点:
- 引用概念上定义一个变量的别名，指针存储一个变量地址。
- 引用在定义时必须初始化，指针没有要求
- 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
- 没有NULL引用，但有NULL指针
- 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)
- 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
- 有多级指针，但是没有多级引用
- 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
- 引用比指针使用起来相对更安全
6、内联函数
6.1 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。
7.2 特性
- 内联函数是一种以空间换时间，省去调用函数开销，故一般十行以上或有递归迭代的函数不宜使用内联函数。
- 内联函数仅是对编译器的一种建议，编译器自动优化，如果不符上述要求，编译器会放弃优化。
- 内联函数不建议声明和定义分离，内联函数不会调用就没有函数地址分离会导致链接失败。
7.3
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 。
实现ADD宏函数
C++有哪些技术替代宏？
- 常量定义 换用const enum
- 短小函数定义 换用内联函数
7、auto关键字（C++）
7.1 类型别名思考
- 类型难于拼写
- 含义不明确导致容易出错
使用typedef给类型取别名确实可以简化代码，但是typedef有会遇到新的难题：
指针常量必须初始化
7.2 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，大家可思考下为什么？
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出
int TestAuto()
{
return 10;
}
int main()
{
int a = 10;
auto b = a;
auto c = 'a';
auto d = TestAuto();
cout << typeid(b).name() << endl;
cout << typeid(c).name() << endl;
cout << typeid(d).name() << endl;
return 0;
}
- 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
auto e; //无法通过编译，使用auto定义变量时必须对其进行初始化
7.3 auto 的使用
1、auto与指针和引用结合起来使用
int a = 10;
//定义指针
auto pa = &a;
auto* pa = &a;
//定义引用
auto& ra = a;使用auto定义指针可以再auto后面加*也可以不加，通过初始化的内容都能确定指针的类型。但引用必须要加&，不然无法确定。
2、在同一行定义多个变量
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。
3、auto 不能推导的情况
3.1 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)
{}3.2 auto不能直接用来声明数组
int a[] = {1,2,3};
auto b[] = {4，5，6}; //err8、基于范围的 for 循环
8.1 范围for的语法
//C
for (int i = 0; i < len; i++) {
cout << arr[i] << endl;
}
//C++
for (auto e : arr) {
cout << e << endl;
}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。
for (int i = 0; i < len; i++) {
arr[i] *= 2;
}
for (auto& e : arr) {
e *= 2;
}范围 for 循环返回的对象是数组元素值的拷贝，所以若要写入数组元素的话，需要使用引用。
8.2 范围for的使用条件
1、 for循环迭代的范围必须是确定的
void TestFor(int arr[]) {
for (auto e : arr) {
cout << e << endl;
}
}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。
2. 迭代的对象要实现++和==的操作
9、指针空值 nullptr
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：
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。
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。
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