C++入坑基础知识点

一子二木生三火2024-02-03 8:56

当学习了C语言之后，很多的小伙伴都想进一步学习C++，但两者有相当一部分的内容都是重叠的，不知道该从哪些方面开始入门C++，这篇文章罗列了从C到C++必学的入门知识，学完就算是踏入C++的大门了。

1. 命名空间

写C的时候，偶尔可能不小心就和库函数冲突了，又或者当两个程序员以相同的名字命名变量或函数，就会发生冲突。C++就提出了一个很好的解决方案------命名空间。

命名空间的关键字是namespace，定义方式如下：

【定义方式】

cpp 复制代码 
namespace N1
{
    int a = 3;
    int b = 4;
​
    int Add(int x1, int x2)
    {
        return x1 + x2;
    }
​
    struct Node
    {
        struct Node* next;
        int val;
    };
​
    namespace N2
    {
        int c = 0;
        int d = 0;
    }
}

从示例中可以看出，命名空间中可以包含变量、函数、类型以及嵌套另一个命名空间

【使用方式】

1. 命名空间+作用域限定符

cpp 复制代码 
int main() {
    printf("%d\n", N1::a);
    return 0; 
}

2. using将命名空间中某个成员引入

cpp 复制代码 
using N1::b;
int main() {
    printf("%d\n", N1::a);
    printf("%d\n", b);
    return 0; 
}

3. using namespace 变量空间

cpp 复制代码 
using namespace N1;
int main() {
    printf("%d\n", a);
    printf("%d\n", b);
    return 0; 
}

2. 输入输出

其实C语言的printf/scanf在C++中还可以使用，不过C++有独有的输入输出方式，就是cin/cout

【使用说明】

  1. 必须包含iostream头文件，注意是<iostream>

  2. 需要使用命名空间std，因为cin/cout在其中的（日常练习可以这么做，但做项目的时候最好使用 std::cin 的方式展开）

  3. 使用时要用<<流插入操作符/>>流提取操作符，不知道是什么没关系，看示例是怎么用的就行，cout用<<，cin用>>

  4. 变量之间也是用<<或>>连接，如果需要换行用endl

【示例】

cpp 复制代码 
#include <iostream>
using namespace std;
​
int main()
{
    cout << "hello world!" << endl;
    return 0;
}

【解惑】

我们有了printf和scanf为什么还要学习cin和cout呢，因为其可以自动识别变量的类型，相对来说就方便了很多，不用考虑太多。不过cin/cout相对于前者慢一些，在大量数据需要输入输出时就会有较大的时间差距。

3. 缺省参数

声明或者定义 函数时为函数参数指定一个缺省值，当函数没有传递对应的参数时，就用缺省参数来代替（有点像备胎的感觉doge）

cpp 复制代码 
#include <iostream> 
using namespace std;

void Func (int a = 10)
{
    cout << a << endl；
}

int main()
{
    Func(); //输出10
    Func(100); //输出100
    return 0;
}

【分类】

全缺省参数：所有形参都加上了缺省参数

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;
}

int main()
{
    Func(9, 8, 5);
    Func(9, 8);
    return 0;
}

半缺省参数：只有部分参数给缺省值

cpp 复制代码 
void Func(int a, int b = 20, int c = 30)
{
    cout << "a = " << a << endl;
    cout << "b = " << b << endl;
    cout << "c = " << c << endl;
}

//错误写法
//void Func(int a = 10, int b, int c = 30)
//void Func(int a = 10, int b = 20, int c)
//void Func(int a = 10, int b, int c)

int main()
{
    Func(9);
    Func(9, 8);
    Func(9, 8, 5);
    return 0;
}

注意：

  1. 半缺省参数只能从右往左给，不能跳跃给，也是为了避免传错参数，出现歧义

  2. 缺省参数不能同时在定义和声明中出现，一般在声明中给

  3. 缺省值必须是全局变量或常量

4. 函数重载

C++中允许在同一个作用域中出现参数列表不同 （参数个数或类型不同）的同名函数，称这种现象为函数重载

【示例】

cpp 复制代码 
#include <iostream>
using namespace std;
​
//参数个数不同
void f1(int x, int y)
{
    cout << "void f1(int x, int y)" << endl;
}
​
void f1(int m)
{
    cout << "void f1(int m)" << endl;
}
​
//参数类型不同
void f2(int m)
{
    cout << "void f2(int m)" << endl;
}
​
void f2(double m)
{
    cout << "void f2(double m)" << endl;
}
​
//参数类型顺序不同，本质就是类型不同
void f3(int x, double y)
{
    cout << "void f3(int x, double y)" << endl;
}
​
void f3(double x, int y)
{
    cout << "void f3(double x, int y)" << endl;
}
​
int main()
{
    f1(10, 20);
    f1(10);
    cout << endl;
    f2(10);
    f2(1.0);
    cout << endl;
    f3(10, 1.0);
    f3(1.0, 10);
​
​
    return 0;
}

【原理】

C++的编译器会对函数进行修饰 ，一种函数变量类型对于一种编码，所以不同的变量类型或者个数对应不同的汇编代码，所以函数名相同并不影响其分别不同的函数。

而C语言中，相同的函数名是区分不开的。

（此部分需要对程序的翻译和执行部分有一定的了解，可以暂时跳过）

5. 引用

引用是对已经创建的变量起别名，操作符是&

【示例】

cpp 复制代码 
#include <iostream> 
using namespace std;

int main()
{
    int a = 1;
    int& b = a;

    cout << a << endl;
    cout << b << endl;
    //打印结果都是1

    cout << &a << endl;
    cout << &b << endl;
    //打印出来是同一个地址，也就意味着在同一个空间
    return 0;
}

结果如下：

所以当其中一个加的时候，另一个也加，效果如下：

注意：

  1. 引用和实体的类型要相同，鲁迅和周树人都是人

  2. 引用在定义时必须初始化

  3. 一个变量可以多个引用，也就是可以多个别名

  4. 引用一个实体就不能再引用其他的实体，鲁迅是周树人的别名，就不能再用"鲁迅"代指张三了

  5. 引用不能作函数局部变量的返回值，因为返回值的空间在退出函数之后就销毁了，而引用与它共用一块空间，所以此时为非法访问空间。当然，如果是全局变量/函数外局部变量/静态变量/堆上变量也是可以的作为返回值的。

​​​​​​​

【使用方式】

  1. 输出型参数
cpp 复制代码 
#include <iostream>
using namespace std;
​
void Swap1(int& x, int& y)
{
    int temp = x;
    x = y;
    y = temp;
} //节省拷贝的空间，在传大的对象时对比更加明显
​
void Swap2(int* m, int* n)
{
    int temp = *m;
    *m = *n;
    *n = temp;
} //需要额外开辟一块空间存临时变量
​
int main()
{
    int a = 1, b = 2;
    Swap1(a, b);
    cout << a << " " << b << endl;

    int c = 1, d = 2;
    Swap2(&c, &d);
    cout << c << " " << d << endl;
​
    return 0;
}
  1. 函数返回值（注意返回局部变量时不可用）
cpp 复制代码 
#include <time.h>
#include <iostream>
using namespace std;

struct A
{ 
    int a[10000]; 
};

A a; 

A TestFunc1() 
{ 
    return a;
}

A& TestFunc2()
{ 
    return a;
}

int main()
{
    size_t begin1 = clock();
    for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
        TestFunc1();
    size_t end1 = clock();

    size_t begin2 = clock();
    for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
        TestFunc2();
    size_t end2 = clock();

    cout << "TestFunc1 time:" << end1 - begin1 << endl;
    cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;
    return 0;
}

这效率，赢麻了！

有小伙伴又要问了，引用这么香，谁还用指针呀？

那我们就得来看看指针和引用的区别了：【面试考点】

语法：

  1. 引用是别名，不开空间，指针是地址，需要开空间存地址
  2. 引用必须初始化，指针可以初始化也可以不初始化
  3. 引用不能改变指向，指针可以（不可替代的关键）
  4. 引用相对更安全，没有空引用，但是有空指针，容易出现野指针，但是不容易出现野引用
  5. sizeof（引用为引用类型的大小，指针为地址的大小）、++（引用实体+1，指针偏移一个类型的大小）、解引用访问（引用不用解引用）等方面的区别

底层：

汇编层面上，没有引用，都是指针，引用编译后也转换成指针了

总结：C++的引用，对指针使用比较复杂的场景进行一些替换，让代码更简单易懂，但是不能完全替代指针，因为引用定义后，不能改变指向

【常引用】

如果我需要一个不可被修改的别名，就会使用到常引用

cpp 复制代码 
//代码一：正常引用（权限平移）
int a = 10;
int& ra = a;
​
//代码二：会报错，本来我设的变量不可被改，但是你的引用可以改，相当于给它的权限过大了
const int b = 10;
int& rb = b;
​
//代码三：常引用，相当于创建了一个不可修改的别名（权限缩小）
int c = 10;
const int& rc = c;

//代码四：d转换成int需要生成临时变量，再将临时变量赋给rd引用，
//而临时变量是常量，所以rd要用常量引用，此代码没有const是编译错误的
double d = 3.14;
const int& rd = d;

6. 内联函数

一般来说，函数调用都会建立栈帧，而如果有方式可以避免栈帧的调用，可以大大提高运行的效率。

C++引入了一个关键字inline，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 （函数调用替换为函数体），没有函数调用建立栈帧的开销，从而大大提升运行效率。

【示例】

cpp 复制代码 
inline int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}

int main()
{
	int ret = Add(3, 4);
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

其实没什么好说的，就是在函数前加上inline。

不过，编译器会判断此代码是否大小合适，如果比较大的话还是会建立栈帧，避免在调用处展开导致程序膨胀。

注意：

  1. 不能是递归的函数，且最好规模较小 、频繁调用的函数。

  2. 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。

【拓展】

【面试考点】如果在头文件中包含了一个函数的声明和定义，导致出现链接错误，该如何处理？

  1. 声明和定义分离

  2. 用static修饰函数，链接属性只在当前文件可见，不会进符号表（大函数）

  3. inline修饰，没有进符号表，不会出现链接冲突

有小伙伴就要问了，好像C语言里的宏也可以做到类似的效果(不建立栈帧就能调用)呀？

但是宏也是有缺点的，详细的内容可看这篇文章-链接

在C++中，有很多设计都可以替代宏：const，enum，inline

7. auto关键字

在C++中，有的类型的名字会很长，所以很容易会出错，而这就引出了auto关键字

这个关键字的作用就是自动识别类型

当然，除了用在比较长的类型名上，还可以用于for循环，这个也是C++特有的

示例如下：

cpp 复制代码 
int main()
{
    int array[] = { 1,2,3,4,5 };
    for (auto& e : array)
    {
        e *= 2;
    }
​
    for (auto e : array)
    {
        cout << e << " ";
    }
​
    return 0;
}

上面这段代码等价于：

cpp 复制代码 
int main()
{
    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 << " ";
    }
​
    return 0;
}

可见这里可以省去了不少的代码，不过要注意如果不是遍历数组就不能这么操作了

【注意点】

  1. ​​​​​​​auto声明指针类型时，用auto和auto*没有区别，但用auto声明引用类型时必须加&。

  2. auto不能作为函数参数和返回值，也不能用来声明数组

8. 空指针nullptr

NULL可作常量0，也可作无类型指针的常量，

一般情况下，NULL会被编译器认为是0常量，但是我们想用它的时候往往是当作指针来用，为了避免会出现麻烦的情况，所以C++又设计了一个nullptr指针，就是表示指针空值 ，即**(void*)0**

这篇内容很多，可以收藏下来慢慢看～感谢大家的点赞和支持👍

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