文章目录
- C++关键字
- 命名空间
- C++的输入&输出
- 缺省参数
- 函数重载
-
- 函数重载的概念
- [C++支持函数重载的原理------名字修饰(name Mangling)](#C++支持函数重载的原理——名字修饰(name Mangling))
- 引用
- 内联函数
- auto关键字
- 基于范围的for循环(C++11)
- 指针空值nullptr(C++11)
C++关键字
C++共计63个关键字,C语言有32个关键字。
C++关键字:
asm | do | if | return | try | continue | auto |
---|---|---|---|---|---|---|
double | inline | short | typedef | for | bool | dynamic_cast |
int | signed | typeid | public | break | else | long |
sizeof | typename | throw | case | enum | mutable | static |
union | wchar_t | catch | explicit | namespace | static_cast | unsigned |
default | char | export | new | struct | using | friend |
class | entern | operator | switch | virtual | register | const |
false | private | template | void | true | const_cast | float |
protected | this | volatile | while | delete | goto | reinterpret_cast |
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。
c++
#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"
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。
c++
// xxm是命名空间的名字,一般开发中是用项目名字做命名空间名。
// 1. 正常的命名空间定义
namespace xxm
{
// 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;
};
}
//2. 命名空间可以嵌套
// test.cpp
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,编译器最后会合成同一个命名空间中。
// ps: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 N1
{
int Mul(int left, int right)
{
return left * right;
}
}
命名空间的使用
c++
namespace xxm
{
// 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;
}
命名空间的使用有三种方式:
- 加命名空间名称及作用域限定符
c++
int main()
{
printf("%d\n", N::a);
return 0;
}
- 使用using将命名空间中某个成员引入
c++
using N::b;
int main()
{
printf("%d\n", N::a);
printf("%d\n", b);
return 0;
}
- 使用using namespace 命名空间名称引入
c++
using namespce N;
int main()
{
printf("%d\n", N::a);
printf("%d\n", b);
Add(10, 20);
return 0;
}
C++的输入&输出
c++
#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;
}
说明:
- 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
。 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。<<
是流插入运算符,>>
是流提取运算符。- 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。
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<iostream> + std
的方式。
c++
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
int a;
double b;
char c;
// 可以自动识别变量的类型
cin>>a;
cin>>b>>c;
cout<<a<<endl;
cout<<b<<" "<<c<<endl;
return 0;
}
std命名空间的使用惯例:
std
是C++标准库的命名空间,如何展开std
使用更合理呢?
- 在日常练习中,建议直接
using namespace std
即可,这样就很方便。 using namespace std
展开,标准库就全部暴露出来了,如果我们定义跟库重名的类型/对象/函数,就存在冲突问题。该问题在日常练习中很少出现,但是项目开发中代码较多、规模大,就很容易出现。所以建议在项目开发中使用,像std::cout
这样使用时指定命名空间 + using std::cout
展开常用的库对象/类型等方式。
缺省参数
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。
c++
void Func(int a = 0)
{
cout<<a<<endl;
}
int main()
{
Func(); // 没有传参时,使用参数的默认值
Func(10); // 传参时,使用指定的实参
return 0;
}
缺省参数分类
- 全缺省参数
c++
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
c++
void Func(int a, int b = 10, int c = 20)
{
cout<<"a = "<<a<<endl;
cout<<"b = "<<b<<endl;
cout<<"c = "<<c<<endl;
}
注意:
- 半缺省参数必须从右往左依次来给出,不能间隔着给。
- 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现。
c++
//a.h
void Func(int a = 10);
// a.cpp
void Func(int a = 20)
{
// ...
}
// 注意:如果声明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。
- 缺省值必须是常量或者全局变量。
- C语言不支持(编译器不支持)。
函数重载
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。
c++
#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;
}
C++支持函数重载的原理------名字修饰(name Mangling)
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。
- 实际项目通常是由多个头文件和多个源文件构成,当前a.cpp中调用了b.cpp中定义的Add函数时,编译后链接前,a.o的目标文件中没有Add的函数地址,因为Add是在b.cpp中定义的,所以Add的地址在b.o中。所以此时还无法找到目标函数的地址。
- 链接阶段就是专门处理这种问题,链接器看到a.o调用Add,但是没有Add的地址,就会到b.o的符号表中找Add的地址,然后链接到一起。
- 那么链接时,面对Add函数,链接接器会使用哪个名字去找呢?这里每个编译器都有自己的函数名修饰规则。
那么C++支持函数重载的原理而C语言不支持函数重载的原因就在这里。
C语言的函数在编译后,名字不变;C++的函数在编译后,函数名会被修饰。因为同名函数无法区分,所以C语言不支持函数重载,C++的函数在经过修饰后,多个重载函数会产生多个函数名和多个函数地址,所以支持函数重载。
注意:如果两个函数函数名和参数是一样的,返回值不同是不构成重载的,因为调用时编译器没办法区分。
引用
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;
c++
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
c++
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);
}
常引用
c++
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;
}
使用场景
做参数
c++
void Swap(int& left, int& right)
{
int temp = left;
left = right;
right = temp;
}
做返回值
当引用做返回值时,需注意当函数返回时,已经出了函数的作用域,如果返回对象还在(没还给操作系统),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。
c++
int& Count()
{
static int n = 0;
n++;
// ...
return n;
}
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。
c++
#include <time.h>
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;
}
值和引用作为返回值类型的性能比较
c++
#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;
}
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。
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。
c++
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。
c++
int main()
{
int a = 10;
int& ra = a;
ra = 20;
int* pa = &a;
*pa = 20;
return 0;
}
引用和指针的不同点:
- 引用概念上定义一个变量的别名,指针存储一个变量地址。
- 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
内联函数的概念
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。
内联函数的特性
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。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 、且频繁调用 的函数采用inline
修饰,否则编译器会忽略inline
特性。《C++prime》第五版中关于inline
这样介绍:内联说明只是向编译器发出的一个请求,编译器可以选择忽略这个请求。一般来说,内联机制用于优化规模较小、流程直接、频繁调用的函数。很多编译器都不支持内联递归函数,而且一个75行的函数也不大可能在调用点内联地展开。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。
c++
// 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 __cdeclf(int)" (?f@@YAXH@Z),该符号在函数 _main 中被引用
auto关键字
auto简介
随着程序越来越复杂,程序中用到的类型也越来越复杂,经常体现在类型难于拼写 和含义不明确导致容易出错。
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 。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。
c
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;
}
注意: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
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&
c++
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;
}
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。
c++
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
- auto不能作为函数的参数
c++
// 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
c++
void TestAuto()
{
int a[] = {1,2,3};
auto b[] = {4,5,6}; // 报错,auto不能出现在顶级数组类型中
}
- 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
- auto在实际中最常见的优势用法就是跟C++11提供的新式for循环,还有lambda表达式等进行配合使用
基于范围的for循环(C++11)
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:
c++
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,第二部分则表示被迭代的范围。
c++
void TestFor()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for(auto& e : array)
e *= 2;
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。
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
c++
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)
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:
c++
void TestPtr()
{
int* p1 = NULL;
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:
c++
#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:
c++
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,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。
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最好使用nullptr。