C++入门基础

本章内容:

一、C++前言

1. 什么是C++

C语言是结构化和模块化的语言,适合处理较小规模的程序。对于复杂的问题,规模较大的程序,需要高度的抽象和建模时,C语言则不合适。为了解决软件危机, 20世纪80年代, 计算机界提出了OOP(objectoriented programming:面向对象)思想 ,支持面向对象的程序设计语言应运而生。1982年,Bjarne Stroustrup博士在C语言的基础上引入并扩充了面向对象的概念,发明了一种新的程序语言。为了表达该语言与C语言的渊源关系,命名为C++。因此:C++是基于C语言而产生的,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

2.C++的发展史

1979年,贝尔实验室的本贾尼等人试图分析unix内核的时候,试图将内核模块化,于是**在C语言的基础上进行扩展,增加了类的机制,完成了一个可以运行的预处理程序,称之为C with classes。**语言的发展就像是练功打怪升级一样,也是逐步递进,由浅入深的过程。我们先来看下C++的历史版本。

阶段 内容
C with classes 类及派生类、公有和私有成员、类的构造析构、友元、内联函数、赋值运算符重载等
C++1.0 添加虚函数概念,函数和运算符重载,引用、常量等
C++2.0 更加完善支持面向对象,新增保护成员、多重继承、对象的初始化、抽象类、静态成员以及const成员函数
C++3.0 进一步完善,引入模板,解决多重继承产生的二义性问题和相应构造和析构的处理
C++98 C++标准第一个版本,绝大多数编译器都支持,得到了国际标准化组织(ISO)和美国标准化协会认可,以模板方式重写C++标准库,引入了STL(标准模板库)
C++03 C++标准第二个版本,语言特性无大改变,主要∶修订错误、减少多异性
C++05 C++标准委员会发布了一份计数报告(Technical Report,TR1),正式更名C++0x,即∶计划在本世纪第一个10年的某个时间发布
C++11 增加了许多特性,使得C++更像一种新语言,比如∶正则表达式、基于范围for循环、auto关键字、新容器、列表初始化、标准线程库等
C++14 对C++11的扩展,主要是修复C++11中漏洞以及改进,比如∶泛型的lambda表达式,auto的返回值类型推导,二进制字面常量等
C++17 在C++11上做了一些小幅改进,增加了19个新特性,比如∶static_assert()的文本信息可选,Fold表达式用于可变的模板,if和switch语句中的初始化器等

并且C++不止于此,还在持续的往后更新。

二、C++关键字

C++总计63个关键字:

C语言32个关键字:

三、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.

不使用命名空间,存在命名污染问题:

cpp 复制代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int rand = 10;
// C语言没办法解决类似这样的命名冲突问题,所以C++提出了namespace来解决
int main()
{
 printf("%d\n", rand);
 return 0;
}
// 编译后后报错:error C2365: "rand": 重定义;以前的定义是"函数"

使用命名空间,改善命名污染问题:

1. 命名空间定义

格式:namespace +命名空间的名字+{} (不需要加";")

{}中都为命名空间内部的成员,不展开或暴露或者直接访问该命名空间的话,该命名空间里面的变量/函数/类型 等等都只局限于该命名空间,外面看不到。不过也可以通过直接显示域作用符 或 展开命名空间 或暴露 变量/函数/类型等 调用。

  • 正常的命名空间定义
CPP 复制代码
namespace lx
{
    // 命名空间中可以定义变量/函数/类型
    int rand = 10;
    int Add(int left, int right)
    {
        return left + right;
    }
    struct Node
    {
        struct Node* next;
        int val;
    };
}
  • 命名空间可以嵌套定义
CPP 复制代码
namespace LX
{
    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;
        }
    }
}
  • 命名空间的合并
cpp 复制代码
//同一个工程中允许存在多个相同名称的命名空间,编译器最后会合成同一个命名空间中
// 注:一个工程中的test.h和上面test.cpp中两个N1会被合并成一个
// test.h
namespace Lx
{
    int Mul(int left, int right)
    {
        return left * right;
    }
}
// test.cpp
namespace Lx
{
    int div(int left, int right)
    {
        return left * right;
    }
}


//合并之后
namespace Lx
{
    int Mul(int left, int right)
    {
        return left * right;
    }
    
    int div(int left, int right)
    {
        return left * right;
    }
}

2.命名空间的使用

  • 错误的使用方法:
cpp 复制代码
namespace bit
{
    // 命名空间中可以定义变量/函数/类型
    int a = 0;
    int b = 1;
    int Add(int left, int right)
    {
        return left + right;
    }
    struct Node
    {
        struct Node* next;
        int val;
    };
}
int main()
{
    // 编译报错:error C2065: "a": 未声明的标识符
    printf("%d\n", a);
    return 0;
}
  • 正确的使用方法:

2.1加命名空间名称及作用域限定符

符号"::"在C++中叫做作用域限定符,我们通过"命名空间名称::命名空间成员"便可以访问到命名空间中相应的成员。

格式:命名空间名称 ::命名空间成员

cpp 复制代码
#include <stdio.h>
namespace Lx
{
    int a=1;
    int b=3;
}
int main()
{
    LX::a=2;
    printf("%d\n", N::a);//stdout: 2
    return 0; 
}

2.2使用using将命名空间中某个成员引入

CPP 复制代码
#include <stdio.h>
namespace Lx
{
    int a=1;
    int b=3;
}
using Lx::a;

int main()
{
    b=4;
    printf("%d\n", b);//stdout: 4
    return 0; 
}

2.3**使用using namespace **命名空间名称 引入

CPP 复制代码
#include <stdio.h>
namespace Lx
{
    int a=1;
    int b=3;
}
using namespace Lx;

int main()
{
    a=5;
    b=6;
    printf("%d %d\n", a,b);//stdout: 5 6
    return 0; 
}

四、C++输入&输出

cpp 复制代码
#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;
}
  • C语言中输入输出,我们第一个学的printf("hello world\n");就是输出,scanf("%s",&name);就是输入。需要包含头文件stdio.h

  • 而C++中的输入是cin,输出是cout。cin和cout分别叫做标准输入标准输出。用法是cin>>a;(向a中写入)。cout<<a;(输出a的值)。需要包含的头文件是iostream,并且还需要包含命名空间std-即using namespace std;

C++的输入和输出相交于C语言来说,优点是C++的输入和输出不需要格式的控制,而是编译器自动识别格式。如整形%d,字符串%s等等。C++的输入和输出都可以让编译器自动识别。

说明:

  1. 使用cout 标准输出对象**(控制台 ) 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<<涉及运算符重载等知识。

展示:

cpp 复制代码
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    int a;
    double b;
    char c;
    char str[20];
    cin>>a;//输入2
    cin>>b;//输入3.5
    cin>>c;//输入+
    cin>>str;//输入abcdef
    cout<<a<<endl;//输出2
    cout<<b<<endl;//输出3.5
    cout<<c<<endl;//输出+
    cout<<str<<endl;//输出abcdef
 	return 0;
}

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<iostream.h>格式,后续编译器已不支持,因此推荐使用**+std**的方式

五、缺省参数

1.缺省参数概念

缺省参数是指在声明或定义函数 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。

CPP 复制代码
#include <iostream>
using namespace std;
void getA(int A= 0)
{
	cout << A << endl;
}
int main()
{
	getA();//没有指定实参,使用参数的默认值 stdout:0
	getA(5);//指定了实参,使用指定的实参 stdout:5
	return 0;
}

2.缺省参数分类

  • 全缺省参数
cpp 复制代码
void Func(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
CPP 复制代码
void Func(int a, int b = 10, int c = 20)
{
    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,且不能间隔着给
c 复制代码
void Func1(int a=5, int b, int c = 20)//错误,间隔着给了
{
    cout<<"a = "<<a<<endl;
    cout<<"b = "<<b<<endl;
    cout<<"c = "<<c<<endl;
}
void Func2(int a=20, int b = 10, int c)//错误,从左向右了
{
    cout<<"a = "<<a<<endl;
    cout<<"b = "<<b<<endl;
    cout<<"c = "<<c<<endl;
}
  1. 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现
cpp 复制代码
//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。
  1. 缺省值必须是常量或者全局变量
cpp 复制代码
int N=5;
void Func3(int a, int b = N, int c=20)//正确
{
    cout<<"a = "<<a<<endl;
    cout<<"b = "<<b<<endl;
    cout<<"c = "<<c<<endl;
}


const int n=10;
void Func4(int a, int b = n, int c=20)//正确
{
    cout<<"a = "<<a<<endl;
    cout<<"b = "<<b<<endl;
    cout<<"c = "<<c<<endl;
}
  1. C语言不支持(编译器不支持)

六、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!

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必须不同。函数重载常用来处理实现功能类似,而数据类型不同的问题。

  • 函数重载的必要条件:函数名相同。
  • 函数重载的情况:1.参数类型不同。2.参数个数不同。3.参数类型的顺序不同。----总之,就是形参列表必须是不同的
  • 注:若仅仅是返回值不同,是不能构成函数重载的。
CPP 复制代码
#include<iostream>
using namespace std;
// 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;
}


int main()
{
    Add(10, 20);
    Add(10.1, 20.2);
    f();
    f(10);
    f(10, 'a');
    f('a', 10);
    return 0;
}

2.函数重载的原理(名字修饰)

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

在.c文件编译预处理汇编完后生成的.o文件内有符号表,编译器根据符号表找到test.o文件在main.o文件中对应的函数。若没有找到对应的,则会报链接错误。

(符号表内部存储了函数修饰规则的修饰 :对应的地址。链接的时候做的事情就是去符号表里面找对应的修饰规则的修饰,然后映射对应的地址,就可以找到对应的地址。然后将两个地址链接。)

C语言编译器下,C语言:其中C语言的符号表修饰规则是,直接以函数名为标志。

Linux编译器下,C++(g++): 而C++中符号表的修饰规则是,以Z+函数长度+函数名+参数类型首字母为标志修饰的。

总结:

1.C++函数重载的原理,就是在形成符号表的时候,符号表的修饰规则是Z+函数长度+函数名+参数类型首字母为标志修饰。在函数名相同的情况下,只要参数的顺序 或者 个数 或者类型有变化,都会引起符号表里面对函数标识的不同,链接时链接的定义也不同。导致了可以存在两个函数名相同的函数,因为本质的标识是在符号表的标识,而不是函数名的标识。

2.C语言不能函数重载的原因,是因为不具有C++符号表的修饰规则,C语言的符号表修饰规则就直接是函数名,所以,不能存在两个相同函数名的函数,否则会报重定义错误。

3.extern "C"

由于C和C++编译器对函数名字修饰规则的不同,在有些场景下可能就会出问题,比如

  1. C++中调用C语言实现的静态库或者动态库,反之亦然。

  2. 多人协同开发时,有些人擅长用C语言,有些人擅长用C++

在这种混合模式下开发,由于C和C++编译器对函数名字修饰规则不同,可能就会导致链接失败,在该种场景下,就需要使用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。

c++ 复制代码
//test.h
#include <iostream>
using namespace std;

#ifdef __cplusplus //编译器自行宏定义的一个宏,用于判别是否是C++工程.此处,如果是C++工程,则有_cplusplus被定义,则会执行extern "C",表明括号内部是以C语言形式编译的代码。如果不是C++工程,则会跳过此处。
extern"C"
{
#endif
    int func1(int left, int right);
    int func2(int left, int right);
#ifdef __cplusplus 
}
#endif


//func.c
int func1(int left,int right)
{
    return left+right;
}
int func2(int left,int right)
{
    return left*right;
}

//main.c
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 
//创建一个c++工程,使用上面程序编程工程的静态库
#include <iosrteam>
using name spacestd;

#pragma comment(lib, "./../Debug/CalcLib.lib")

int main()
{
    int ret1=func1(1,2);
    cout<<ret;
    int ret2=func2(2,3);
}

若上面的函数的声明没有用extern "C"来声明的话。test.h里面的函数声明是C++风格,而func.c里面的函数定义是C语言风格。两个文件在形成符号表时候的修饰规则不同,则会找不到双方来链接,会报链接错误(无法解析的外部命令)。

七、引用

1.引用概念

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。比如:李逵,在家称为"铁牛",江湖上人称**"黑旋风"**。李逵,铁牛,黑旋风,都是指同一个人。

使用方式:类型& 引用变量名(对象名)=引用实体; 如:int b=&a; 此时b就是a,不论修改a还是修改b,两者都会发生变化。

cpp 复制代码
void func()
{
	int a=1;
	int& b=a;
	printf("%d",a++);//stdout 1
	printf("%d",b);//stdout 2
}

注意:引用类型 必须和引用实体同种类型的。

2.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。

cpp 复制代码
void test()
{
	int a=10;
    int b=5;
    //引用要初始化
    //int& rb;//error
    
    //引用一个实体后,不能再引用其他实体
    //int &ra =b;//error
    
    //一个变量可以有多个引用
    //int &rb=a;int &ra=a;
    
    //正确方法
    int& ra=a;
    int& raa=ra;
    ra++;
    printf("%d %d %d",a,ra,raa);//stdout 11 11 11
    raa++;
    printf("%d %d %d",a,ra,raa);//stdout 12 12 12
}

3.常引用

先了解两个概念,权限放大 和 权限缩小。(const是安全的,是权限小的,被限制的。非const是不安全的,是权限大的,没有被限制的。)

  • 权限放大:用非const变量引用const变量。是不合法的。如:
cpp 复制代码
const int a=10;
int& b=a;//error
  • 权限缩小:用const变量引用非const变量。是合法的。如:
cpp 复制代码
int a=10;
const int& b=a;//正确的
  • 权限的平移
cpp 复制代码
//非const引用非const
int a=10;
int& ra=a;//正确的

//const引用const
const int b=10;
const int rb=b;//正确的

下面是常见的错误:

cpp 复制代码
voidTestConstRef()
{
    const int a=10;
    //int& ra = a;   // 该语句编译时会出错,a为常量,ra为非const,权限的放大
    const int&ra=a;
    // int& b = 10;  // 该语句编译时会出错,10为常量,b为非const,权限的放大
    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;
}

4.使用场景

  • 做参数
cpp 复制代码
void func(int& a,int& b)
{
    return a+b;
}
  • 做返回值
cpp 复制代码
int& func()
{
    static int n=0;
    n++;
    //...
    return n;
}
  • 常见错误
CPP 复制代码
#include <iostream>
using namespace std;

//错误
int& func1(int a,int b)
{
    int n=a+b;
    return n;
}

//错误
int func2(int a,int b)
{
    int n=a+b;
    return n;
}

//正确
int func3(int a,int b)
{
    int n=a+b;
    return n;
}


int main()
{
    int& ret1=func1(1,2);
    func1(2,3);
    cout<<ret1<<endl;
    
    int& ret2=func2(1,2);
    func2(2,3);
    cout<<ret2<<endl;
    
    //正确
    int ret2=func2(1,2);
    func2(2,3);
    cout<<ret2<<endl;
    
    return 0;
}

错误:

  1. func1函数用了传引用返回,在出了函数之后,n就已经被销毁了,传引用返回的n对应的空间已经被系统给回收清理了或者刷新成随机值了,此时传引用返回的我们想要的n,其实已经不是我们的n了。会造成数据错误。且下一次再调用func1时,会重新生成一个n,和上次给ret传引用的随机空间不是同一个,所以下一次调用func1后,不会改变ret;
  2. func2函数用了传值返回,在出了函数之后,n先拷贝一份临时变量,这份临时变量是const类型的。然后在外部用int& ret的非const类型的ret来引用接收,属于是权限的放大了,是不合法的。且下一次再调用func1时,会重新生成一个n,和上次给ret传引用的随机空间不是同一个,所以下一次调用func1后,不会改变ret;当然假设是同一个的空间的话,这也是权限的放大,还是不合法的。

总结 :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==。

5. 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,如参数或者返回值是结构体或者类等非常大的时候,效率就更低。

  • 值和引用的作为参数类型的性能比较
cpp 复制代码
#include <iostream>
#include <time.h>
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;
    cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;
}
int main()
{
    TestRefAndValue();
    return 0;
}
  • 值和引用的作为返回值类型的性能比较
cpp 复制代码
#include <time.h>
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; cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;
}
int main()
{
    TestReturnByRefOrValue();
    return 0;
}

通过上述代码的比较,发现传值和指针在作为传参以及返回值类型上效率相差很大

6.引用和指针的区别

  • 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。
cpp 复制代码
int main()
{
    int a = 10;
    int& ra = a;//语法上,只是给a取了个别名,没有开空间

    a++;
    cout<<"&a = "<<&a<<endl;//stdout 11
    a++;
    cout<<"&ra = "<<&ra<<endl;//stdout 12
    
    
    int b=10;
    int* pb=&b;//语法上,给pb开了空间(32位下开4字节,64位下开8字节),用于存储b的地址
    
    b++;
    cout<<"b = "<<b<<endl;//stdout 11
    b++;
    cout<<"*pb = "<<*pb<<endl;//stdout 12
    return 0;
}

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。

int& ra=a;

int* pb=b;

我们可以发现,指针和引用的底层是完全一样的。但语法上不一样,引用不需要开辟空间,只是起别名。指针需要开辟空间,存取变量的地址。

  • 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

注:指针和引用实现的本质都是一样的,都是传地址。只不过引用不需要开辟空间,而指针需要开辟空间。

八、内联函数

1. 概念

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。

注:在release模式下,由于编译器优化程度过大,难以查看对应的汇编指令。在debug模式下,编译器优化程度仍然过高,我们要稍加修饰和操作才可查看。(并且debug需要配置才查看的到内联展开,且只在合适的时候展开--代码过长不展开,代码较短则展开)

测试代码:

cpp 复制代码
#include <iostream>
using namespace std;
int  Add1(int left, int right)
{
	return left + right;
}
inline int Add2(int left, int right)
{
	return left + right;
}
int main()
{

	cout << Add1(1, 2) << endl;
	cout << Add2(2, 3) << endl;

	return 0;
}
  • 普通函数调用
  • 内联函数调用

2. 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,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。

如下,

不用内联函数则不会展开,调用一次函数要使用一次指令,那么调用1万次函数,则会用上1万次指令,加上被调用的函数100指令,总共就1W+100行。

若使用内联函数则可能展开,如果使用一万次这个函数,则他就会展开一万次,每次展开函数的指令都为100行,所以总共1W*100行,可以看到内联函数如果调用次数过多也是不好的。属于是以空间换时间了。

  1. 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。

  2. 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。

CPP 复制代码
// test.h
#include <iostream>
using namespace std;
inline int func1(int left,int right);


//test.c
int func1(int left,int right)
{
    return left+right;
}

//main.c
#include "test.h"
int main()
{
    cout<<func1(1,2)<<endl;//error,会链接阶段报链接错误
    return 0;
}

3.宏、函数、内联函数

  • 宏与函数优缺点
属性 #define定义宏 函数
代码长度 每次使用时,宏代码都会被插入到程序中。除了非常小的宏之外,程序的长度会大幅度增长 函数代码只出现于一个地方;每次使用这个函数时,都调用那个地方的同一份代码
执行速度 更快 存在函数的调用和返回的额外开销,所以相对慢一些
操作符优先级 宏参数的求值是在所有周围表达式的上下文环境里,除非加上括号,否则邻近操作符的优先级可能会产生不可预料的后果,所以建议宏在书写的时候多些括号。 函数参数只在函数调用的时候求值一次,它的结果值传递给函数。表达式的求值结果更容易预测。
带有副作用的参数 参数可能被替换到宏体中的多个位置,所以带有副作用的参数求值可能会产生不可预料的结果(如:a++;b--;这些在使用后会改变自身的,就是副作用参数) 函数参数只在传参的时候求值一次,结果更容易控制
参数类型 宏的参数与类型无关,只要对参数的操作是合法的,它就可以使用于任何参数类型 函数的参数是与类型有关的,如果参数的类型不同,就需要不同的函数,即使他们执行的任务是不同的。
调试 宏是不方便调试的 函数是可以逐语句调试的
递归 宏是不能递归的 函数是可以递归的
可复用性 较好
可维护性
  • 内联函数

既弥补了宏的缺点,又兼具了宏的优点。所以C++中可以用内联函数来代替宏。内联函数只适用于短小代码,长代码其不会展开为内联,因为代码展开次数过多会导致程序的代码过长,也会拖慢程序。

  1. 常量定义换用const enum

  2. 短小函数定义换用内联函数

九、auto关键字(C++11)

随着程序越来越复杂,程序中用到的类型也越来越复杂,经常体现在:

  1. 类型难于拼写

  2. 含义不明确导致容易出错

cpp 复制代码
#include <string>
#include <map>
int main()
{
    std::map<std::string, std::string> m{ { "apple", "苹果" }, { "orange", "橙子" }, 
                                         {"pear","梨"} };
    std::map<std::string, std::string>::iterator it = m.begin();
    while (it != m.end())
    {
        //....
    }
    return 0;
}
  • 解决方法一:typedef
cpp 复制代码
#include <string>
#include <map>
typedef std::map<std::string, std::string> Map;
int main()
{
 Map m{ { "apple", "苹果" },{ "orange", "橙子" }, {"pear","梨"} };
 Map::iterator it = m.begin();
 while (it != m.end())
 {
 //....
 }
 return 0;
}

存在问题:在编程时,常常需要把表达式的值赋值给变量,这就要求在声明变量的时候清楚地知道表达式的类型,而系统内部的typedef我们是比较难以知道的。然而有时候要做到这点并非那么容易,因此C++11给auto赋予了新的含义。

  • 解决方法二:auto关键字
cpp 复制代码
#include <string>
#include <map>
typedef std::map<std::string, std::string> Map;
int main()
{
 auto m{ { "apple", "苹果" },{ "orange", "橙子" }, {"pear","梨"} };//会自动根据类型进行推导
 auto it = m.begin();//会自动根据类型进行推导
 while (it != m.end())
 {
 //....
 }
 return 0;
}

1. auto简介

在早期的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。  在C++11中,标准委员会赋予了auto全新的含义: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。

cpp 复制代码
float TestAuto()
{
 return 3.14;
}
int main()
{
 int a = 10;
 auto b = a;
 auto c = 'a';
 auto d = TestAuto();
 
 //typeid()是一个存储有传入参数类型的对象
 //typeid().name()可以获取传入类型参数的类型,通常用于识别参数类型
 cout << typeid(b).name() << endl;//stdout int
 cout << typeid(c).name() << endl;//stdout char
 cout << typeid(d).name() << endl;//stdout float
 
 //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;
}

【注意】使用auto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,而是一个类型声明的"占位符",编译器在编译期会将auto替换为变量实际的类型。

2.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声明引用类型时必须加&,否则auto出来的变量就是普通变量,而不是引用的变量。

CPP 复制代码
int main()
{
 int x = 10;
 auto a = &x;
 auto* b = &x;
 auto& c = x;
 cout << typeid(a).name() << endl;//stdout int*
 cout << typeid(b).name() << endl;//stdout int*
 cout << typeid(c).name() << endl;//stdout int
 *a = 20;
 *b = 30;
 c = 40;
 return 0;
}
  1. 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。

CPP 复制代码
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
}

3.auto不能推导的场景

  1. auto不能作为函数的参数
CPP 复制代码
// 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)
{}
  1. auto不能直接用来声明数组
cpp 复制代码
void TestAuto()
{
 int a[] = {1,2,3};
 auto b[] = {4,5,6};
}
  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。

十、基于范围的for循环(C++11)

1. 范围for的语法

在C++98中如果要遍历一个数组,可以按照以下方式进行

CPP 复制代码
int arr[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
	//[]法 将数组元素值全部乘以2
	for (int i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
	{
		arr[i] *= 2;
	}
	//指针法 打印数组中的所有元素
	for (int* p = array; p < array + sizeof(array)/ sizeof(array[0]);  ++p)
        cout << *p << endl;

	cout << endl;

以上这些方法都可以遍历一个数组,那么还有更简单的方法吗?有,那就是范围for

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。

CPP 复制代码
void TestFor()
{
    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    //范围for 将数组元素都乘以2
    for(auto& e : array)//这里的e因为是引用变量,所以每次的e就是数组里元素的别名,如果e不是引用变量的话,则无法用范围for修改数组的元素
        e *= 2;

    //范围for 打印数组
    for(auto e : array)
        cout << e << " ";

    return 0;
}

注意:与普通循环类似,可以用continue来结束本次循环,也可以用break来跳出整个循环

2.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

CPP 复制代码
void TestFor(int array[])//由于传进来的是数组,但是接收的实际上是指针,指针只能够知道传进来数组的起始地址,但是不能知道传进来数组的大小
{
    for(auto& e : array)
        cout<< e <<endl;
}
  1. 迭代的对象要实现++和==的操作。因为范围for底层就是封装了++和--。内置类型对象和部分已有自定义类型对象编译器语言已经提供了++和--。如果是自己实现的对象,要使用范围for,就得自己先实现该对象的++和--。

十一、指针空值nullptr(C++11)

1. 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:

cpp 复制代码
void TestPtr()
{
    int* p1 = NULL;//初始化,NULL的值其实就是0
    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:

cpp 复制代码
#ifndef NULL
#ifdef __cplusplus
#define NULL 0
#else
#define NULL ((void *)0)
#endif
#endif

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。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:

cpp 复制代码
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;
}

程序本意是想通过f(NULL)调用指针版本的f(int*)函数,但是由于NULL被定义成0,而调用的是fun(int)函数了,因此与程序的初衷相悖。

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。

NULL:

C语言下被定义为值0,C++下被定义为(void*)0。函数重载的时候可能会出现问题。

nullptr:

将C语言中(void*)0的NULL单独拎出来变成了nullptr;,只是(void *)0类型,函数重载的时候不会出现问题。

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。

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