C++第一课：C++基础

C++起源与简介

        C++是一种广泛应用的高级编程语言，其最早被开发出来的目的是能够充分利用C语言的优势，同时克服C语言的一些限制。C++在多个领域中都有着重要地位，特别是在系统编程、游戏开发、嵌入式系统等领域。许多重要的项目，如操作系统、数据库管理系统、图形处理软件等，都是用C++编写的。其高性能、灵活性和可移植性使得它成为众多开发者的首选语言之一。

C++基础内容

iostream

        iostream是C++里标准输入输出流库的头文件，用于实现程序与控制台、文件之间的数据读写，与C语言不同的是，C++的输入和输出是依赖“流（stream）”来实现的。标准输出流是“cout”，标准输入流是“cin”。具体用法是“std::cout << （变量）<< std::endl”，“std::cin >> （变量） >> std::endl”，endl表示换行，类似于C语言的转义字符“\n”。

命名空间（namespace）

        命名空间（namespace）是C++里的一个新概念，用于防止命名冲突的问题。众所周知在C语言里面，由程序员自己定义的变量名和函数名等都不能相同，也不能与C语言内的关键字相同，为了避免这一问题，C++内使用了命名空间。

        命名空间的关键字就是“namespace”，用法就是在namespace后加上一个命名空间的名字，再加上一个花括号“{}”如“namespace bit{}”就相当于开辟了一个名为bit的命名空间。命名空间是一个单独的域。在命名空间内，程序员可以随意定义变量名或函数名，当然前提是同一个命名空间内不能重复，C++标准库就放在一个叫std（standard）的命名空间中，此外命名空间还有以下几个特点：

1.同名的命名空间编译器在编译时会将它们自动合并，这意味着你可以在多个文件中使用同一个命名空间。

2.命名空间可以嵌套，在一个命名空间内还能再创建一个或多个命名空间。

3.命名空间不影响变量的生命周期。

        现在我们已经了解了命名空间的概念，那如果我想要在我的主函数内使用命名空间内的变量或函数怎么办呢？在讲解这个问题之前我们先来了解一下编译器是如何寻找变量的，编译器在寻找变量时，先在函数局部域内寻找，如果没找到就在全局域内寻找。如果想让编译器找到在命名空间内的变量，就需要引入一个新的符号“::”，“::”是域作用限定符，它的责任是告诉编译器去哪个空间寻找要使用的变量，就比如“bit::变量名”，用标准库来举个例子就是“std::cout”表示使用标准库std中的cout函数。

        我们现在了解了如何使用命名空间内的变量，但是还有一个问题：如果一个变量需要大量的使用怎么办？难道每次都要打双冒号吗？这时候就可以使用一个新的关键字“using”，这个关键字的作用是让编译器查找变量时可以直接去命名空间内查找，而不用再使用域作用限定符了，具体用法就是“using namespace std”。这样子我再想使用cout这个函数时就可以直接使用，而不用再写成std::cout了。

缺省参数

        在使用C语言编写代码时，我们常常会遇到这样一个问题，在给某一函数传参时，必须传一个具体的值过去，这样有时候会有点麻烦，比如我可能多次调用都使用的同一参数，我就必须在每次调用时都使用传递一个相同的值。而C++中的缺省参数就解决了这个问题，缺省参数就是给函数中的变量设定一个默认值，在调用时，如果有参数传过来，则使用传过来的参数，若没有则使用这个默认值，这样在一定程度上方便了很多。

        缺省参数在使用和定义的时候有一些规定是必须记住的：

1.缺省参数在声明和定义时只能写一次默认值，如果声明和定义都写了默认值编译器就会报错，这样设计的目的是避免声明时是一个默认值，定义时又是另一个默认值这种情况。

2.缺省参数在定义时必须从又往左依次定义，不能跳着定义，比如（int a， int b = 1， int c = 2）如果定义成（int a = 1，int b， int c = 2）编译器就会报错。

函数重载

        函数重载的意思就是，在C++里面，你是可以编写两个同名函数的。在C语言里，如果我们想定义两个结构几乎一样，只是参数类型不同的函数时，大部分时候只能在后面暴力的加上1、2这样的数字来进行区分。但是在C++里，你可以编写两个同名的函数，只要它们的参数类型不同，比如一个简单的加法函数，你可以写成Add（int a,int b）和Add（double a, double b），这样当你在传参时，编译器就会自动识别你传的参数是什么类型的，然后进入对应的函数，这样一来就变得特别方便了。

        有一个值得注意的问题是，如果只是返回值的类型不同是不构成函数重载的，因为在这种情况下编译器 不知道你具体想调用哪个函数，所以必须是明确意义上的参数类型不同。当然也会有一些特殊情况，比如结合上面的缺省参数，如果两个函数定义为func（）和func（int a = 10），在定义时很明显是行得通的，但如果我们在调用是没有传参，直接调用func（）时，编译器就会报错，因为它无法判断你想调用的到底是哪个函数，所以遇到这种情况就需要进行特殊的区分。

引用

        引用的定义是给一个变量起一个新的名字，与C语言中的指针差不多，区别在于，引用相当于直接给原变量所在的空间起了一个新的名字，就好比一个人可能同时有大名、小名以及一些外号，不管是用原先的名字还是后来的名字指向的都是同一个东西。引用的具体用法是在类型的后面加上一个&，如int a = 10；int& b = a；b就是对a的引用，改变b就等于改变了a。同时，我们也可以引用新的变量名，如int& c = b；这样写c最终的值也是a。有一个问题需要注意，不能控引用，就是引用时必须初始化，也就是在最开始就必须指定一个对象，如int& b；这种写法就是错误的

        那这时候有人就会有疑问了，为什么平白无故的要给一个变量起一个新的名字呢？接下来我就来讲解一下它具体的使用方法，最常见的就是用来函数传参。众所周知在C语言里，函数的形参只不过是对实参的一份临时拷贝，形参的改变并不影响实参，那这时我们就可以使用引用，这样一来参数在函数内的改变就会直接影响到原本的参数，因为本质上它们都是同一个参数，使用同一个地址，如下图所示：

        那这时候又有了一个新的疑问：那我为什么不直接用指针呢？接下来，我就来讲解一下它和指针之间的区别。首先，指针我们都知道是开辟了一块新的空间来专门存放所指向的地址，在使用时进行解引用读取该地址后进行修改。我们能很明显看出来指针与引用之间的差别，引用不用开辟一块新的空间，它直接代表原先的那一块空间，并且在使用时也不用进行解引用，直接对其进行修改即可。这一对比我们就可以看的出来，引用相比指针还是有不少的优势的，即节省了空间，也提高了效率。但是在C++中，引用与指针的关系是相辅相成的关系，它们俩就像一对兄弟一样，引用并不能直接替代指针，因为C++中的引用有一个致命的问题，它无法修改指向的位置，也就是说，它一旦指定了指向哪一空间，就无法再进行修改了，而这一点指针就可以做到，所以说它们是相辅相成的关系，并不是直接的取代。

        引用有着许多的注意事项：

1.不能返回局部变量的引用，比如int& func(){int x = 0; ruturn x;}这种写法就是错误的，因为x是一个局部变量，函数调用结束时就会被销毁，此时返回去的就会是一个空引用，相当于野指针，所以是不行的.

2.引用只能缩小权限无法放大权限，如果我想引用的变量被const所修饰，在引用时前面也必须加上const，因为使用了const说明该变量编译器只有读的权限没有写的权限，这时如果引用没被const修饰的话，就变成了即可读又可写，权限就被放大了。权限可以被缩小是什么意思呢？就是假如原本的变量是即可读又可写的变量，引用可以被const修饰，就变成只可读，一般在进行函数调用的时候，若不想变量被改变，就可以使用const + 引用类型&这种写法，防止变量被改变。

3.不可以引用常数和临时变量，因为常数和临时变量生命周期都很短，他们都没有独立的地址，很容易变成空引用。但如果我想引用a + b的结果怎么办呢？其实也是有办法的，还是用const，因为虽然（a + b）属于一个临时变量，但是const本身就限制了引用只可以读不可以写，所以就不存在引用悬空的问题了，const int& a = 30；这种情况也是可以实现的。

inline内联函数

        inline也是C++里的一个新关键字，一般将其写在函数类型的前面，代表这个函数是个内联函数，那么内联函数是什么意思呢？内联函数类似于C语言内的宏，或者说，内联函数就是为了替代宏而存在的，大家都知道宏就是在编译时直接进行纯文本替换，且不进行检查，所以宏用起来总是会出现一些问题，写起来也不好写。但是内联函数不一样，它是一个真正的函数，有类型、有作用域，它只是建议编译器进行展开而不是强制展开，这就意味着，如果某个内联函数内的表达式过多，编译器就会不进行展开而是直接跳转到函数内。

宏	inline
纯文本替换	真正的函数
无类型、语法、作用域检查	有类型、语法、作用域检查
容易出错，更危险	更安全
简单粗暴，效率高	只是建议编译器展开而不是强制

        通过上面的对比可以看得出来，宏的缺点很多，且不安全，写法也更复杂，而内联函数就简单很多，且不容易出错，更安全。当然，我们上面也说过，因为内联函数只是建议编译器展开，所以一旦内联函数过于复杂，编译器往往不会选择展开，所以内联函数一般只在函数内容很短并且会被频繁使用的情况下才会被使用。

nullptr

        nullptr也是C++中的新关键字，它的作用就和NULL一样，代表为一个空指针。那这时候就会引出一个疑问，都已经有NULL了为什么还要设定一个新关键字nullptr呢？因为NULL这个空指针在被编译的时候，会被编译器自动替换为一个整形'0'，在C语言内可能没什么问题，但是由于C++内有函数重载的概念，就会导致问题，假设现在我们有两个同名函数，int func (int* p) 和 int func(int a)，如果我们在传参时传的是一个NULL，func(NULL)，NULL就会被替换成整形0，就会进入后一个函数而不是前一个函数，就与我们本身的目的不符，所以这时候就设计出了nullptr来替换NULL。

        nullptr的功能是，它可以根据需要转化为任何类型的空指针，除了不会转化为整形，不会和重载混淆，这就解决了我们上面所说的问题，这时候我们再调用func(nullptr);就会进入前一个函数了。

总结

        总的来说，学完了C++的第一部分基础内容，我最大的感触就是，C++相比于C语言确实进步了很多，解决了C语言内存在的很多问题，使用起来也会比C语言更加方便，我更加期待C++后面学习的新内容了。