【C++】第一讲：入门基础

1.C++学习建议和书籍推荐

1.1 C++学习难度

首先第⼀个问题，C++难学吗？⾸先在这⾥告诉⼤家C++是⼀个相对难学难精的语⾔，相⽐其他一些语⾔，学习难度要⾼⼀些要陡峭⼀些，这⾥有历史包袱的问题，也有语⾔本⾝设计和发展历史的问题。⽹上以前⼀直流传下⾯这个21天内⾃学精通C++的梗。当然⾃学难度很大，跟着⽐特课程⾛，相对会好⼀些。

1.2 C++学习建议

建议每节课下来把课堂讲过的课堂样例都要练习⼀遍，理解对应的知识。
建议如果时间能跟上最好每节课总结博客或笔记，如果时间少，⾄少重点章节整理笔记。

1.3 学习书籍推荐

**C++ Primer：**主要讲解语法，经典的语法书籍，前后中期都可以看，前期如果⾃学看可能会有点晦涩难懂，能看懂多少看懂多少，就当预习，学了⽐特课程后，中后期作为语法字典，⾮常好⽤。
**STL源码剖析：**主要从底层实现的⻆度结合STL源码，庖丁解⽜式剖析STL的实现，是侯捷老师的经典之作。可以很好的帮助我们学习别⼈⽤语法是如何实现出⾼效简洁的数据结构和算法代码，如何使用泛型封装等。让我们不再坐井观天，闭⻔造⻋，本书课程上⼀半以后，中后期可以看。
**Effctive C++：**本书也是侯捷⽼师翻译的，本书有的⼀句评价，把C++程序员分为看过此书的和没看过此书的。本书主要讲了55个如何正确⾼效使⽤C++的条款，建议中后期可以看⼀遍，⼯作1-2年后再看⼀遍，相信会有不⼀样的收获。

2. C++的第⼀个程序

C++兼容C语⾔绝⼤多数的语法，所以C语⾔实现的hello world依旧可以运⾏，C++中需要把定义⽂件代码后缀改为.cpp，vs编译器看到是.cpp就会调⽤C++编译器编译，linux下要⽤g++编译，不再是gcc

cpp 复制代码

// test.cpp
#include<stdio.h>
int main()
{
printf("hello world\n");
return 0;
}

当然C++有⼀套自己的输⼊输出，严格说C++版本的hello world应该是这样写的。

cpp 复制代码

// test.cpp
// 这⾥的std cout等我们都看不懂，没关系，下⾯我们会依次讲解
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
cout << "hello world\n" << endl;
return 0;
}

3. 命名空间

3.1 namespace的价值

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语⾔项⽬类似下⾯程序这样的命名冲突是普遍存在的问题，C++引⼊namespace就是为了更好的解决这样的问题

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int rand = 10;
int main()
{
    // 编译报错：error C2365: "rand": 重定义；以前的定义是"函数"
    printf("%d\n", rand);
    return 0;
}

3.2 namespace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。命名空间中可以定义变量/函数/类型等。
namespace本质是定义出⼀个域，这个域跟全局域各自独⽴，不同的域可以定义同名变量，所以下⾯的rand不在冲突了。
C++中域有函数局部域，全局域，命名空间域，类域；域影响的是编译时语法查找⼀个变量/函数/ 类型出处(声明或定义)的逻辑，所有有了域隔离，名字冲突就解决了。局部域和全局域除了会影响编译查找逻辑，还会影响变量的声明周期，命名空间域和类域不影响变量声明周期。
namespace只能定义在全局，当然他还可以嵌套定义。
项⽬⼯程中多⽂件中定义的同名namespace会认为是⼀个namespace，不会冲突。
C++标准库都放在⼀个叫std(standard)的命名空间中。

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
// 1. 正常的命名空间定义
// bit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。
// 我们上课⽤的是bit，⼤家下去以后⾃⼰练习可以考虑⽤⾃⼰名字缩写，如张三：zs
namespace bit
{
// 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;
};
}
int main()
{
// 这⾥默认是访问的是全局的rand函数指针
printf("%p\n", rand);
// 这⾥指定bit命名空间中的rand
printf("%d\n", bit::rand);
return 0;
}

cpp 复制代码

//2. 命名空间可以嵌套
namespace bit
{
// 鹏哥
namespace pg
{
int rand = 1;
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
}
// 杭哥
namespace hg
{
int rand = 2;
int Add(int left, int right)
{
return (left + right)*10;
}
}
}
int main()
{
printf("%d\n", bit::pg::rand);
printf("%d\n", bit::hg::rand);
printf("%d\n", bit::pg::Add(1, 2));
printf("%d\n", bit::hg::Add(1, 2));
return 0;
}

cpp 复制代码

// 多⽂件中可以定义同名namespace，他们会默认合并到⼀起，就像同⼀个namespace⼀样
// Stack.h
#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>
namespace bit
{
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
STDataType* a;
int top;
int capacity;
}ST;
void STInit(ST* ps, int n);
void STDestroy(ST* ps);
void STPush(ST* ps, STDataType x);
void STPop(ST* ps);
STDataType STTop(ST* ps);
int STSize(ST* ps);
bool STEmpty(ST* ps);
}
// Stack.cpp
#include"Stack.h"
namespace bit
{
void STInit(ST* ps, int n)
{
assert(ps);
ps->a = (STDataType*)malloc(n * sizeof(STDataType));
ps->top = 0;
ps->capacity = n;
}
// 栈顶
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
assert(ps);
// 满了， 扩容
if (ps->top == ps->capacity)
{
printf("扩容\n");
int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity
* 2;
STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a,
newcapacity * sizeof(STDataType));
if (tmp == NULL)
{
perror("realloc fail");
return;
}
ps->a = tmp;
ps->capacity = newcapacity;
}
ps->a[ps->top] = x;
ps->top++;
}
//...
}
ps->a = tmp;
ps->capacity = newcapacity;
}
ps->a[ps->top] = x;
ps->top++;
}
//...
}

cpp 复制代码

// Queue.h
#pragma once
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>
namespace bit
{
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
int val;
struct QueueNode* next;
}QNode;
typedef struct Queue
{
QNode* phead;
QNode* ptail;
int size;
}Queue;
void QueueInit(Queue* pq);
void QueueDestroy(Queue* pq);
// ⼊队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
// 出队列
void QueuePop(Queue* pq);
QDataType QueueFront(Queue* pq);
QDataType QueueBack(Queue* pq);
bool QueueEmpty(Queue* pq);
int QueueSize(Queue* pq);
}
// Queue.cpp
#include"Queue.h"
namespace bit
{
void QueueInit(Queue* pq)
{
assert(pq);
pq->phead = NULL;
pq->ptail = NULL;
pq->size = 0;
}
// ...
}
// test.cpp
#include"Queue.h"
#include"Stack.h"
// 全局定义了⼀份单独的Stack
typedef struct Stack
{
int a[10];
int top;
}ST;
void STInit(ST* ps){}
void STPush(ST* ps, int x){}
int main()
{
// 调⽤全局的
ST st1;
STInit(&st1);
STPush(&st1, 1);
STPush(&st1, 2);
printf("%d\n", sizeof(st1));
// 调⽤bit namespace的
bit::ST st2;
printf("%d\n", sizeof(st2));
bit::STInit(&st2);
bit::STPush(&st2, 1);
bit::STPush(&st2, 2);
return 0;
}

3.3 命名空间使用

编译查找⼀个变量的声明/定义时，默认只会在局部或者全局查找，不会到命名空间⾥⾯去查找。所以下⾯程序会编译报错。所以我们要使⽤命名空间中定义的变量/函数，有三种方式：

指定命名空间访问，项⽬中推荐这种方式。
using将命名空间中某个成员展开，项目中经常访问的不存在冲突的成员推荐这种方式。
展开命名空间中全部成员，项目不推荐，冲突风险很⼤，日常小练习程序为了方便推荐使用。

cpp 复制代码

#include<stdio.h>
namespace bit
{
    int a = 0;
    int b = 1;
}

int main()
{
    // 编译报错：error C2065: "a": 未声明的标识符
    printf("%d\n", a);
    return 0;
}

// 指定命名空间访问
int main()
{
    printf("%d\n", N::a);
    return 0;
}
// using将命名空间中某个成员展开
using N::b;
int main()
{
    printf("%d\n", N::a);
    printf("%d\n", b);
    return 0;
}
// 展开命名空间中全部成员
using namespce N;
int main()
{
    printf("%d\n", a);
    printf("%d\n", b);
    return 0;
}

4. C++输⼊&输出

<iostream> 是 Input Output Stream 的缩写，是标准的输⼊、输出流库，定义了标准的输⼊、输出对象。
std::cin 是 istream 类的对象，它主要⾯向窄字符（narrow characters (of type char)）的标准输⼊流。
std::cout 是 ostream 类的对象，它主要⾯向窄字符的标准输出流。
std::endl 是⼀个函数，流插⼊输出时，相当于插⼊⼀个换⾏字符加刷新缓冲区。
<<是流插⼊运算符，>>是流提取运算符。（C语⾔还⽤这两个运算符做位运算左移/右移）
使⽤C++输⼊输出更⽅便，不需要像printf/scanf输⼊输出时那样，需要⼿动指定格式，C++的输⼊输出可以⾃动识别变量类型(本质是通过函数重载实现的，这个以后会讲到)，其实最重要的是C++的流能更好的⽀持⾃定义类型对象的输⼊输出。
IO流涉及类和对象，运算符重载、继承等很多⾯向对象的知识，这些知识我们还没有讲解，所以这⾥我们只能简单认识⼀下C++ IO流的⽤法，后⾯我们会有专⻔的⼀个章节来细节IO流库。
cout/cin/endl等都属于C++标准库，C++标准库都放在⼀个叫std(standard)的命名空间中，所以要通过命名空间的使⽤⽅式去⽤他们。
⼀般⽇常练习中我们可以using namespace std，实际项⽬开发中不建议using namespace std。
这⾥我们没有包含<stdio.h>，也可以使⽤printf和scanf，在包含<iostream>间接包含了。vs系列编译器是这样的，其他编译器可能会报错。

cpp 复制代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
int a = 0;
double b = 0.1;
char c = 'x';
cout << a << " " << b << " " << c << endl;
std::cout << a << " " << b << " " << c << std::endl;
scanf("%d%lf", &a, &b);
printf("%d %lf\n", a, b);
// 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;
}

cpp 复制代码

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
    // 在io需求⽐较⾼的地⽅，如部分⼤量输⼊的竞赛题中，加上以下3⾏代码
    // 可以提⾼C++IO效率
    ios_base::sync_with_stdio(false);
    cin.tie(nullptr);
    cout.tie(nullptr);
    return 0;
}

5. 缺省参数

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，缺省参数分为全缺省和半缺省参数。（有些地方把缺省参数也叫默认参数）
全缺省就是全部形参给缺省值，半缺省就是部分形参给缺省值。C++规定半缺省参数必须从右往左依次连续缺省，不能间隔跳跃给缺省值。
带缺省参数的函数调⽤，C++规定必须从左到右依次给实参，不能跳跃给实参。
函数声明和定义分离时，缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现，规定必须函数声明给缺省值。

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;

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;
}

#include <iostream>
using namespace std;
// 全缺省
void Func1(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{
    cout << "a = " << a << endl;
    cout << "b = " << b << endl;
    cout << "c = " << c << endl << endl;
}
// 半缺省
void Func2(int a, int b = 10, int c = 20)
{
    cout << "a = " << a << endl;
    cout << "b = " << b << endl;
    cout << "c = " << c << endl << endl;
}
int main()
{
    Func1();
    Func1(1);
    Func1(1,2);
    Func1(1,2,3);
    Func2(100);
    Func2(100, 200);
    Func2(100, 200, 300);
    return 0;
}

cpp 复制代码

// Stack.h
#include <iostream>
#include <assert.h>

using namespace std;
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
    STDataType* a;
    int top;
    int capacity;
}ST;

void STInit(ST* ps, int n = 4);
// Stack.cpp
#include"Stack.h"
// 缺省参数不能声明和定义同时给
void STInit(ST* ps, int n)
{
    assert(ps && n > 0);
    ps->a = (STDataType*)malloc(n * sizeof(STDataType));
    ps->top = 0;
    ps->capacity = n;
}

// test.cpp
#include"Stack.h"
int main()
{
    ST s1;
    STInit(&s1);
    // 确定知道要插⼊1000个数据，初始化时⼀把开好，避免扩容
    ST s2;
    STInit(&s2, 1000);
    return 0;
}

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