本文深入讲解C++的关键特性，包括命名空间、输入输出、缺省参数、函数重载、引用、内联函数、auto关键字、基于范围的for循环、指针空值nullptr等，帮助读者掌握C++的高级用法。
主要内容：
- C++命名空间
- C++输入和输出
- 缺省参数
- 函数重载
- 引用
- 内联函数
- auto关键字(C++11)
- 基于范围的for循环(C++11)
- 指针空值—nullptr(C++11）
c++命名空间
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. 普通的命名空间
namespace N1 // N1为命名空间的名称
{
// 命名空间中的内容，既可以定义变量，也可以定义函数
int a;
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
}
//2. 命名空间可以嵌套
namespace N2
{
int a;
int b;
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
namespace N3
{
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
// 编译器后会合成同一个命名空间中。
namespace N1
{
int Mul(int left, int right)
{
return left * right;
}
}
命名空间使用
命名空间的使用方式：
1.加命名空间名称及作用域限定符
int main()
{
printf("%d\n", N::a);
return 0;
}
2.使用using将命名空间中成员引入
using N::b;
int main()
{
printf("%d\n", N::a);
printf("%d\n", b);
return 0;
}
3.using namespace 命名空间名称引入式
using namespce N;
int main()
{
printf("%d\n", N::a);
printf("%d\n", b);
Add(10, 20);
return 0;
}
c++输入和输出
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
cout<<"Hello world!!!"<<endl;
int a;
double b;
char c;
cin>>a;
cin>>b>>c;
cout<<a<<endl;
cout<<b<<" "<<c<<endl;
return 0;
}
说明：
- 使用cout标准输出(控制台)和cin标准输入(键盘)时，必须包含< iostream >头文件以及std标准命名空 间。
- 使用C++输入输出更方便，不需增加数据格式控制，比如：整形–%d，字符–%c
缺省函数
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。在调用该函数时，如果没有指定实参则采用该默认值，否则使用指定的实参。
void TestFunc(int a = 0)
{
cout<<a<<endl;
}
int main()
{
TestFunc(); // 没有传参时，使用参数的默认值
TestFunc(10); // 传参时，使用指定的实参
}
全缺省函数
void TestFunc(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{
cout<<"a = "<<a<<endl;
cout<<"b = "<<b<<endl;
cout<<"c = "<<c<<endl;
}
半缺省函数
void TestFunc(int a, int b = 10, int c = 20)
{
cout<<"a = "<<a<<endl;
cout<<"b = "<<b<<endl;
cout<<"c = "<<c<<endl;
}
注意：
- 半缺省参数必须从左往右依次来给出，不能间隔着给
- 半缺省参数列表定义时，必须从右往左依次定义，不能间隔。
- 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现
比如： - 缺省值必须是常量或者全局变量
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 顺序)必须不同，常用来处理实现功能类似数据类型不同的问题。
int Add(int left, int right)
{
return left+right;
}
double Add(double left, double right)
{
return left+right;
}
long Add(long left, long right)
{
return left+right;
}
int main()
{
Add(10, 20);
Add(10.0, 20.0);
Add(10L, 20L);
return 0;
}
下面的缺省函数无法构成函数重载
void TestFunc(int a = 10)
{
cout<<"void TestFunc(int)"<<endl;
}
void TestFunc(int a)
{
cout<<"void TestFunc(int)"<<endl;
}
名字修饰
名字修饰是一种在编译过程中，将函数、变量的名称重新改编的机制，简单来说就是编译器为了区分 各个函数，将函数通过某种算法，重新修饰为一个全局唯一的名称。
C语言的名字修饰规则非常简单，只是在函数名字前面添加了下划线。这也是C语言没有函数重载的原因。比如，对于以下代码，在后链接时就 会出错：
int Add(int left, int right);
int main()
{
Add(1, 2);
return 0;
}
编译器报错：error LNK2019: 无法解析的外部符号 _Add，该符号在函数 _main 中被引用。
上述Add函数只给了声明没有给定义，因此在链接时就会报错，提示：在main函数中引用的Add函数找不到 函数体。从报错结果中可以看到，C语言只是简单的在函数名前添加下划线。因此当工程中存在相同函数名的 函数时，就会产生冲突。
由于C++要支持函数重载，命名空间等，使得其修饰规则比较复杂，不同编译器在底层的实现方式可能都有差异。
int Add(int left, int right);
double Add(double left, double right);
int main()
{
Add(1, 2);
Add(1.0, 2.0);
return 0;
}
在vs下，对上述代码进行编译链接，后编译器报错：
error LNK2019: 无法解析的外部符号 “double cdecl Add(double,double)” (?Add@@YANNN@Z) error LNK2019: 无法解析的外部符号 “int __cdecl Add(int,int)” (?Add@@YAHHH@Z)
通过上述错误可以看出，编译器实际在底层使用的不是Add名字，而是被重新修饰过的一个比较复杂的名 字，被重新修饰后的名字中包含了：函数的名字以及参数类型。这就是为什么函数重载中几个同名函数要求 其参数列表不同的原因。只要参数列表不同，编译器在编译时通过对函数名字进行重新修饰，将参数类型包 含在终的名字中，就可保证名字在底层的全局唯一性。
extern"C"
在函数前加extern “C”，意思是告诉编译器， 将该函数按照C语言规则来编译.
extern "C" int Add(int left, int right);
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);
}
注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的
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
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; //精度损失
}
使用场景
1.做参数：
void Swap(int& left, int& right) ；
2.做返回值
int& TestRefReturn(int& a) ；
下面代码输出什么结果？
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;
return 0;
}
答案：7
因为：如果函数返回时，离开函数作用域后，其栈上空间已经还给系统，因此不能用栈上的空间作为引 用类型返回。如果以引用类型返回，返回值的生命周期必须不受函数的限制(即比函数生命周期长)。
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。
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;//地址相同
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。
我们来看下引用和指针的汇编代码对比：
我们可以发现他们的汇编代码是一样的，说明了底层的引用是靠指针这样实现的。
引用和指针的不同点:
- 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
内联函数
- 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，没有函数压栈的开销， 内联函数提升程序运行的效率。
- 在类内定义的成员函数默认为inline，不论前面是否加了inline，当然，是否内联还是取决于编译器，而在类外定义的成员函数就不是内联函数。
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。
根据汇编代码可以看出：
- inline是一种以空间换时间的做法，省去调用函数额开销。所以代码很长或者有循环/递归的函数不适宜 使用作为内联函数。
- inline对于编译器而言只是一个建议，编译器会自动优化，如果定义为inline的函数体内有循环/递归等 等，编译器优化时会忽略掉内联。
- 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
例如：
宏的优缺点
优点：
- 增强代码的复用性。
- 提高性能。
缺点：
- 不方便调试宏。（因为预编译阶段进行了替换）
- 导致代码可读性差，可维护性差，容易误用。
- 没有类型安全的检查 。
C++有哪些技术替代宏？
- 常量定义 换用const
- 函数定义 换用内联函数
auto关键字（c++11）
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。
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使用规则
- 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; //声明指针带*和不带没有区别
auto& c = x; //引用类型必须加&
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。
auto不能推导的场景
- 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);
- auto不能直接用来声明数组
auto b[] = {4，5，6};
- auto不能定义类的非静态成员变量
- 实例化模板时不能使用auto作为模板参数
基于范围的for循环（c++11）
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
- 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;
}
- 迭代的对象要实现++和- -的操作。
指针空值nullptr（c++11）
C语言时期我们是这样初始化的：
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，比如：
void f(int)
{
cout<<"f(int)"<<endl;
}
void f(int*)
{
cout<<"f(int*)"<<endl;
}
int main()
{
f(0);
f(NULL); //这里实际调用的是void f(int)函数
f((int*)NULL); //想要使空值指针也能调用须这样写
f(nullptr); //而使用nullptr则可以调用void f(int*)
return 0;
}
nullptr 与 nullptr_t
typedef decltype(nullptr) nullptr_t;
注意：
- 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。
- 在C++11中，sizeof(nullptr) 与 sizeof((void*)0)所占的字节数相同。
- 为了提高代码的健壮性，在后续表示指针空值时建议好使用nullptr.
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