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【初识C++】1.1初识C++

张崇明 • 2022-6-12 • C • 阅读 17

【初识C++】1.1初识C++,第1张

文章目录
    • 1.C++关键字（C++98）
    • 2.命名空间
      • 2.1命名空间的定义
      • 2.2命名空间的使用
    • 3.C++输入&输出
    • 4.缺省参数
      • 4.1缺省参数的概念
      • 4.2缺省参数的分类
    • 5.函数重载
      • 5.1函数重载的概念
      • 5.2名字修饰（nameMangline）
      • 5.3 extern “C”
    • 6.引用
      • 6.1引用的概念
      • 6.2引用的特性
      • 6.3 常引用
      • 6.4 使用场景
      • 6.5.1传值和传引用效率比较
      • 6.5.2 值和引用的作为返回值类型的性能比较
      • 6.6 引用和指针的区别
    • 7.内联函数
      • 7.1概念
      • 7.2特性
      • 7.3 内联函数与宏
    • 8.auto关键字
      • 8.1auto简介
      • 8.2auto使用细则
      • 8.3auto不能推导的场景
    • 9.范围for循环的使用（C++11）
      • 范围for的使用条件
    • 10.指针空值nullptr(C++11)

1.C++关键字（C++98）

C++总计63个关键字
下面只是C++关键字展示，现在不做具体的讲解

2.命名空间

在C/C++中，变量、函数和后面要学到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。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。

2.1命名空间的定义

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，然后接一对{}即可，{}中即为命名空间的成员。

int <iostream>
using namespace std;
//1. 普通的命名空间
namespace N1
{
	int a;
	int ADD(int x, int y)
	{
		return x + y;
	}
}

//2.命名空间可以嵌套
namespace N2
{
	int a;
	int ADD(int x, int y)
	{
		return x + y;
	}
	namespace N3
	{
		int x; 
		int y;
		int Sub(int x, int y)
		{
			return x - y;
		}
	}
}
//同一个工程中允许存在许多个相同名称的命名空间，编译器最后会合成再同一个命名空间中
namespace N1
{
	int Mul(int left, int right)
	{
		return left * right;
	}
}

注：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

2.2命名空间的使用

1.加空间名称及作用域限定符
最规范的写法，普遍使用在工程项目中。

namespace N1
{
    int a = 10;
}
int mian()
{
   printf("%d", N::a);//类名称 + ：： + 目标变量名称
   return 0;
}

2.使用using将命名空间中成员引入
命名空间中经常使用的成员可以选择引入，提高开发效率

using N::a;//将N中的a展开，使a的所在的作用域扩大
int main()
{
   printf("%d", a);
}

例如：

namespace N1
{
	int a;
	namespace N2
	{
		int x = 20;
	}
	using N2::x;//将N2作用域的x打开，此时x的作用域为整个N1
}

int main()
{	
	printf("%d", N1::x);
	return 0；
}

3.使用using namespace命名空间名称引入

using namespace N;
int main()
{
   printf("%d", a);
}

可以将作用域中所有成员都展开，使其作用域变大
经常使用在日常学习中可用，因为很方便
大型工程中不可如此使用，因为这样容易造成命名冲突，造成名字污染

3.C++输入&输出

首先让我们来看一看C++中的输入和输出

#include 

int main()
{
	std::cout << "hello world" << std::endl;//endl换行符
	return 0;
}

注： 1. 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。
注意：早期标准库将所有功能在全局域中实现，声明在.h后缀的头文件中，使用时只需包含对应头文件
即可，后来将其实现在std命名空间下，为了和C头文件区分，也为了正确使用命名空间，规定C++头文
件不带.h；旧编译器(vc 6.0)中还支持格式，后续编译器已不支持，因此推荐使用
+std的方式。
2.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
3.endl的作用是换行

4.缺省参数 4.1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，a就等于0
 TestFunc(10); // 传参时，使用指定的实参，a就等于10
}
4.2缺省参数的分类
  • 全缺省参数
    所有的形参都带有默认值，调用函数可以不用传实参
void TestFunc(int a = 10, int b = 20, int c = 30) {
 cout<<"a = "<<a<<endl;
 cout<<"b = "<<b<<endl;
 cout<<"c = "<<c<<endl; }
  • 半缺省参数

半缺省参数必须要从右向左缺省，中间不可以有间隔

void TestFunc(int a, int b = 10, int c = 20) {
 cout<<"a = "<<a<<endl;
 cout<<"b = "<<b<<endl;
 cout<<"c = "<<c<<endl; }

注意：
1.缺省参数不可以在函数的声明和定义中同时出现
2.缺省值必须是常量或者全局变量
3.C语言不支持
4.若函数全缺省，则无法重载构造，因为编译器不知道该调哪一个

针对第4点

void TestFunc(int a = 10, int b = 20, int c = 30) {
 cout<<"a = "<<a<<endl;
 cout<<"b = "<<b<<endl;
 cout<<"c = "<<c<<endl; }
 
 void TestFunc(int a, int b = 10) {
 cout<<"a = "<<a<<endl;
 cout<<"b = "<<b<<endl;}
int main()
{
    TestFunc(10);
    return 0;
}

此时两个TestFunc（）函数参数数量不同，语法上可以构成重载，但是只传了一个参数，调用第一个可以，调用第二个也可以，所以编译器无法识别会报错

5.函数重载

自然语言中，一个词可以有多重含义，人们可以通过上下文来判断该词真实的含义，即该词被重载了。比如：以前有一个笑话，国有两个体育项目大家根本不用看，也不用担心。一个是乒乓球，一个是男足。前者是“谁也赢不了！”，后者是“谁也赢不了！

5.1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 x, int y)//针对int类型的相加
{
	return x + y;
}

double Add(double x, double y)//针对double类型的相加
{
	return  x + y;
}

注意：必须是函数形参的数量或者类型不同才可以函数重载，接下来讲解函数重载的原理

5.2名字修饰（nameMangline）

为什么C++支持函数重载，而C语言不支持函数重载呢？
在C/C++中，一个程序要运行起来，需要经历以下几个阶段：预处理、编译、汇编、链接。
接下来我就简单讲一讲在Linux下gcc和g++的函数名字修饰规则

  • C语言（gcc编译器下）编译结果

可以发现在gcc编译器下编译过后函数命名修饰不变

  • C++（g++编译器下）编译结果

可以发现g++编译器编译过后，函数名字修饰发生改变，编译器将形参的类型加到了函数名字的后面。函数编译后名字 ：_Z+函数长度+函数名+类型首字母

通过这里就理解了C语言没办法支持重载，因为同名函数没办法区分。而C++是通过函数修饰规则来区分，只要参数不同，修饰出来的名字就不一样，就支持了重载
同时也解释了，为什么函数重载要求参数不同，与函数返回值没有关系

5.3 extern “C”

有时候在C++工程中可能需要将某些函数按照C的风格来编译，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。比如：tcmalloc是google用C++实现的一个项目，他提供tcmallc()和tcfree两个接口来使用，但如果是C项目就没办法使用，那么他就使用extern “C”来解决。

extern "C" int Add(int left, int right);
int main()
{
 Add(1,2);
 return 0; }

extern“C”主要运用在一些可执行中间件中

此时Add的函数命名规则就变成了C语言的命名规则，则C语言编译器可以直接调用这些函数，但同时C++的编译器想要调用此函数时，需要加上extern “C”，因为此函数命名是按照C语言规则的，用C++命名规则找不到

6.引用 6.1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);
 printf("%p\n", &ra);
}

引用类型必须和引用实体是同一种类型的

6.2引用的特性
  1. 引用在定义的时候必须要初始化
  2. 一个变量可以有多个引用
  3. 引用一旦有一个实体了，就不能再引用其他的实体了
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); //ra,rra都是a的别名
 int b = 20;
 // int& ra = b;//引用的实体发生变化，编译出错
}
6.3 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
 //a为常变量，ra是a的别名，但是ra的类型是int拥有改变a值的权限，
 //但是a是const int类型，没有修改自己权限的权力，ra（别名）的权限
 //比a还大，属于权限放大不可以
 const int& ra = a;
 // int& b = 10; // 该语句编译时会出错，b为常量
 //参考上一个案例，这类属于权限缩小，不会报错
 const int& b = 10;
 double d = 12.34;
 //int& rd = d; // 该语句编译时会出错，类型不同
 //引用必须和实体类型
 const int& rd = d; }

引用变量权限可以缩小但是不可以放大，并且引用对象和实体的类型必须相同

6.4 使用场景
  • 做参数
void Swap(int& left, int& right) {
 int temp = left;
 left = right;
 right = temp; }

看上去是传值，实质上也是传地址，但是是编译器帮助我们完成的，更加方便直观，不易出错

  • 做返回值
int& Count()
{
 static int n = 0；
 n++;
 // ...
 return n; }
int&a = Count();
	printf("%d\n", a);//输出1
    a = Count();
	printf("%d\n", a);//输出2
	a = 0;
	a = Count();
	printf("%d\n",a);//输出1

返回的是全局变量n的别名，可以用一个相同类型的int&类型的变量接收，则此时a和全局变量n相同，改变a也可以改变n

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; }

观察这段代码
当Add函数结束的时候，栈帧销毁变量c的空间返还给 *** 作系统。
此时ret是可以拿到c的地址成为c的别名
但是后面调用函数，输出输入等 *** 作，使得c的值改变成随机值
而ret是它的引用，值也会被制成随机值所以最后输出的就是随机值
此段代码虽然没有报错但是已经非法访问是不可取的
注意：如果函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象还未还给系统，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。

6.5.1传值和传引用效率比较

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

#include 
#include 
using namespace std;
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;//7ms
	cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;//0ms
}

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

传值消耗7ms而传引用消耗0ms说明引用效率远高于传值

6.5.2 值和引用的作为返回值类型的性能比较 
#include 
struct A { int a[10000]; };
A a;
// 值返回
A TestFunc1() { return a; }
// 引用返回
A& TestFunc2() { return a; }
void TestReturnByRefOrValue()
{
	// 以值作为函数的返回值类型
	size_t begin1 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
		TestFunc1();
	size_t end1 = clock();
	// 以引用作为函数的返回值类型
	size_t begin2 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
		TestFunc2();
	size_t end2 = clock();
	// 计算两个函数运算完成之后的时间
	cout << "TestFunc1 time:" << end1 - begin1 << endl;//151ms
	cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;//0ms
}

int main()
{
	/*TestRefAndValue();*/
	TestReturnByRefOrValue();
	return 0;
}

可以明显看出传引用速度快了很多，并且相差的效率变得更大了

6.6 引用和指针的区别

引用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; }

但是再底层实现上其实是有空间的，因为引用是按照指针方法实现的

int main()
{
 int a = 10;
 
 int& ra = a;
 ra = 20;
 
 int* pa = &a;
 *pa = 20;
 
 return 0; }

让我们看看引用和指针的汇编代码对比：

引用和指针的不同点:

  1. 引用在定义时必须初始化，指针没有要求
  2. 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
  3. 没有NULL引用，但有NULL指针
  4. 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)
  5. 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
  6. 有多级指针，但是没有多级引用
  7. 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
  8. 引用比指针使用起来相对更安全
7.内联函数 7.1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，没有函数压栈的开销，内联函数提升程序运行的效率。

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。

7.2特性

1.内联函数是一种以空间换时间的做法，将函数展开代码量增加，程序所占空间变大，不过其省去了调用函数的额外开销。提高了代码的运行效率。（当代码很长或者包含递归时候不建议使用内联函数）
2. 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。
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。建议直接将内联函数定义并且声明再头函数中。

7.3 内联函数与宏

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 。
C++有哪些技术替代宏？
1.常量定义 换用const
2. 函数定义 换用内联函数

8.auto关键字 8.1auto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。

int main()
{
   auto b = 10;//根据所给值推到出b的类型为整形
   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。

8.2auto使用细则
  1. auto与指针与引用结合起来使用

用auto声明指针类型时，用auto和auto*没有任何区别，但是用auto声明引用类型时必须加上&

int main()
{
 int x = 10;
 auto a = &x;
 auto* b = &x;
 auto& c = x;//auto& 等价与 int&
 return 0;
}

2.在同一行定义多个变量
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
}

使用auto在同一行定义多个变量时，每一行的每一个变量类型都必须相同

8.3auto不能推导的场景

1.函数的形参

// 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.数组的声明

void TestAuto()
{
 int a[] = {1,2,3};
 auto b[] = {4，5，6};//规定无法直接定义数组
}
  1. 为了避免与C++98中的auto发生混淆，C++11只保留了auto作为类型指示符的用法
  2. auto在实际中最常见的优势用法就是跟以后会讲到的C++11提供的新式for循环，还有lambda表达式等进行配合使用。
9.范围for循环的使用（C++11）

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

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。
    注意：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; }
  1. 迭代的对象要实现++和==的 *** 作。(关于迭代器这个问题，以后会讲，现在大家了解一下就可以了)
10.指针空值nullptr(C++11)

在C语言中，NULL实际上是一个宏，可以看到NULL字面常量为0。这样会让我们在使用空指针的时候，可能会遇上一些麻烦

#ifndef NULL
#ifdef __cplusplus
#define NULL 0
#else
#define NULL ((void *)0)
#endif
#endif

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; }

虽然函数构成函数重载，但是NULL已经失去了指针的性质，会对调用产生影响。
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。

1.nullptr是一个关键字，不需要包含头文件
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。

以上即是这篇博客的全部内容了，假如对你有帮助的话，请帮忙点赞收藏。谢谢支持

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原文地址: http://outofmemory.cn/langs/1330786.html

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