【C++】入门

最新推荐文章于 2024-09-15 22:55:14 发布

Abert—

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文章标签： c++ 开发语言

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/m0_63601181/article/details/127217438

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前言

大家好，我是Abert。

这期给大家带来C++入门的一些知识。C++是一门面向对象并且面对过程的语言。C++兼容C语言的各种用法，同时也弥补了C语言在程序设计中的一些不太便利的地方。下来我们一起来学习这门神奇的语言吧！

文章目录

1.第一个C++程序

2.C++关键字

3.命名空间

4.C++输入&输出

5.缺省函数

6.函数重载

7.引用

8.内联函数

9.auto关键字

10.基于范围的for循环

11.指针空值——nullptr

正文

一、 第一个C++程序

#include<iostream>

using namespace std;

int main()
{
	cout << "hello world!" << endl;
	return 0;
}

二.C++关键字

C++继承了C语言中的很多关键字并引入了一些新的关键字。

这里只是看一下有多少个关键字，具体含义以后的文章会慢慢渗透讲解。

三.命名空间

在C++中，一个复杂的程序中，函数，变量和类是大量存在的。这些函数，变量和类的名称大量存在于全局作用域中，可能会导致很多冲突。使用命名空间的作用是对标识符进行本地化，以避免命名冲突或名字污染。namespace关键字的存在就是解决这一问题的。

现在来学习命名空间的定义

//1、正常定的命名空间定义
namespace Abert
{
	//命名空间中可以定义变量\函数\类
	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
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，编译器最后会合并在同一个命名空间中
// ps:一个工程中.h 和 .cpp文件中相同的命名空间会被合并成一个

注意：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局限于该命名空间中。

那么命名空间该怎么使用呢？下面我们一起来看

这是命名空间错误的使用方法，下面看看正确的

有三种方法

1.加命名空间名称及作用域限定符

2.使用using将命名空间中某个成员引入

3.使用using namespace 命名空间名称引入

四.C++输入&输出

C语言中输入和输出分别用是scanf printf,C++可以继续用C语言的输入输出方式，同时C++引入了新的输入输出方式cin cout

看回第一个C++程序

#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;
int main()
{
 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（作用相当于C语言中的\n）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（不需要输入%d之类的类型判断符）。

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，我们这里只是简单学习他们的使用。以后的文章我们再更深入的学习 IO流用法及原理。

五.缺省函数

缺省函数概念：

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。

缺省参数分类 ：

1.全缺省参数

void Func(int a = 5, int b = 3, int c = 4)
{
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl;
}

2.半缺省参数

void Func(int a, int b = 3, int c = 4)
{
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl;
}

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

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）

//a.h
void Func(int a = 10);
// a.cpp
void Func(int a = 20)
{}
// 注意：如果生命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。

六.函数重载

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。

函数重载一般是：

1.参数类型不同

2.参数个数不同

3.参数顺序不同

注意：

下面这种不是函数重载

七.引用

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);
 printf("%p\n", &ra);
}

引用和引用实体必须是同种类型的。

1.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

void TestRef()
{
	int a = 10;
	int& ra; // 该条语句编译时会出错
	int& ra = a;
	int& rra = a;
	printf("%p %p %p\n", &a, &ra, &rra);
}

2.常引用

void TestConstRef()
{
 const int a = 10;
 //int& ra = a; // 该语句编译时会出错，a为常量
 const int& ra = a;
 // int& b = 10; // 该语句编译时会出错，b为常量
 const int& b = 10;
 double d = 12.34;
 //int& rd = d; // 该语句编译时会出错，类型不同
 const int& rd = d;
}

3.使用场景

1.做参数

void Swap(int& left, int& right)
{
 int temp = left;
 left = right;
 right = temp;
}

2.做返回值

int& count()
{
    static int n = 0;
    n++;
    
    return n;
}

4.传值和传引用效率对比

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;
	cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;
}

int main()
{
	TestRefAndValue();
	return 0;
}

上面程序运行结果为：

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。

5.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;
 cout<<"&ra = "<<&ra<<endl;
 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。

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

八.内联函数

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。

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（类似于C语言中的宏）。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、频繁调用的函数采用inline修饰，否则编译器会忽略inline特性。

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 __cdecl f(int)" (?
f@@YAXH@Z)，该符号在函数 _main 中被引用

九.auto关键字

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。

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;

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

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[] = {4，5，6};
}

十.基于范围的for循环

范围for循环的语法：

在C++中如果要遍历一个数组，可以按照以下方式进行：

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

     for (int* p = array; p < array + sizeof(array)/ sizeof(array[0]); ++p)
     cout << *p << 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，第二部分表示被迭代的范围。

void TestFor()
{
     int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
     for(auto& e : array)
     e *= 2;

     for(auto e : array)
     cout << e << " ";

     return 0;
}

范围for的使用条件

1. 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。

//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)
     cout<< e <<endl;
}

2. 迭代的对象要实现++和==的操作。

11.指针空值——nullptr

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

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，如下：

void f(int)
{
     cout<<"f(int)"<<endl;
}
void f(int*)
{
     cout<<"f(int*)"<<endl;
}
int main()
{
    f(0);
    f(NULL);
    f((int*)NULL);
    return 0;
}

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。