C++:入门基础

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C++版本

C++参考文档

C++输入输出

C++对比C

命名空间

相较C语言它存在的意义

命名空间的使用

缺省参数

全缺省

半缺省

函数重载

引用

注意事项

引用和指针的关系(区别)

inline

为什么要有inline?

注意事项

nullptr


C++版本

|-------|-------|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 时间 | 阶段 | 内容 |
| 1998年 | C++98 | C++官方第一个版本,绝大多数编译器都支持,得到了国际标准化组织(ISO)和协会认可,以模板方式重写C++标准库,引入了STL(标准模板库) |
| 2003年 | 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 |
| 2011年 | 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 |
| 2014年 | 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 |
| 2017年 | 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 |
| 2020年 | C++20 | C++11 以来最大的发行版 ,引入了许多新的特性,比如: 模块 (Modules) 、协 (Coroutines) 、范围 (Ranges) 、概念 (Constraints) 等重大特性,还有对已有特性的更新:比如Lambda 支持模板、范围 for 支持初始化等 |
| 2023年 | C++23 | C++23是一个小版本的更新,进一步完善和改进现有特性,增加了if consteval、falt_map,import std导入标准库等 |
| 2026年 | C++26 | 制定ing |

C++参考文档

Reference - C++ Reference (cplusplus.com)

C++ 参考手册 - cppreference.com

cppreference.com

第一个链接是个人比较喜欢使用的C++文档,因为它是以头文件形式呈现,所以它的内容相较后两个比较易懂,但它并不是官方文档,而且只更新到了C++11版本

第二个和第三个是C++官方文档,第二个是中文版的文档,第三个是英文版的文档,信息很全,但是相较第一个来说有点不易看

C++输入输出

C++对比C

来看看C语言和C++输入输出的区别

输入:

cpp 复制代码
#include<stdio.h>

int main()
{
	printf("hello world\n"); //C语言
	return 0;
}
cpp 复制代码
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	cout << "hello C++" << endl; //C++
	return 0;
}

输出:

cpp 复制代码
#include<stdio.h>

int main()
{
	int a = 0;
	scanf("%d", &a); //C语言
	printf("%d", a);
	return 0;
}
cpp 复制代码
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	int a = 0;
	cin >> a;
	cout << a << endl; //C++
	return 0;
}

我们可以看到C++包的头文件名字为 <iostream> ,该单词是Input Output Stream的缩写,是标准的输入、输出流库

using namespace是命名空间的语法,是在<iostream>文件中将std这个命名空间给展开的意思,关于命名空间的使用下面将叙述

cout是ostream类的对象,主要面向窄字符的标准输出流

cin是istream类的对象主要面向窄字符的标准输入流

endl是一个函数,相当于C语言在字符串里的\n的作用(换行)

<<是流插入运算符,>>是流提取运算符,当然也可以和C语言的运算符一样作为左右移位运算符

命名空间

相较C语言它存在的意义

cpp 复制代码
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

int rand = 10;

int main()
{
	printf("%d\n", rand);
	return 0;
}

在C语言中这样定义一个rand全局变量看起来没什么问题,但真正编译的时候就会发现编译不过去,理由如下

这说明了rand是一个函数,那它在哪呢?

它就在我们包的stdlib.h头文件里,当预处理完头文件展开后就会存在一个rand的函数,这时候就会出现两个rand从而无法编译通过,但去掉stdlib.h的时候就可以编译通过并运行了

若是在多人协同的一个项目当中,每个人都有自己的命名风格,当每个人做的部分最终合起来的时候,万一命名重复就会变得很麻烦,所以C++之父本贾尼博士就解决了这个问题

命名空间的使用

在C++中发明了命名空间这个东西

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

namespace lyw
{
	int a = 10;
}

int main()
{
	int a = 5;
	cout << a << endl;
	return 0;
}

我们用namespace关键字创建了一个名为lyw的命名空间,这个命名空间里可以存储变量,函数,结构体等,这样就算名字相同也不会冲突

我们只需小小的修改就能访问到lyw命名空间里的a变量

cpp 复制代码
cout << lyw::a << endl;

在前面输入输出的演示中,使用了标准输入、输出流库,并还使用了命名空间

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

std就类似于上面lyw的一个命名空间,它封装着一些类,其中就包括cout,endl、cin,所以我们为了使用它我们就要访问到命名空间中

所以我们可以这样写

cpp 复制代码
#include<iostream>

int main()
{
	std::cout << "hello C++" << std::endl;
	return 0;
}

所以using namespace的作用是将std这个命名空间展开,将它变成全局变量类似的效果,这样我们就能正常使用了,这种做法只推荐在几十行的那种小项目中进行,代码量大不推荐

如果我们需要多次使用cout、endl和cin但又不想将std展开,我们也可以这样

cpp 复制代码
#include<iostream>
using std::cout;
using std::endl;

int main()
{
	cout << "hello C++" << endl;
	return 0;
}

只单独展开了cout和endl,就可以正常使用了

缺省参数

缺省参数就类似于我们给函数参数赋一个默认值,若我们有给函数传参,那么函数会使用我们传递的数值 ,但若没有传参则使用函数的默认值

全缺省

全缺省就是函数的所有参数都赋一个初始值

具体实例如下:

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

void func(int a = 6)
{
	cout << a << endl;
}

int main()
{
	func(7);
	return 0;
}

若没有传参

cpp 复制代码
func();

半缺省

我们还可以半缺省

半缺省就是函数的部分参数具有初始值

但是它只能从右往左缺省(别问为什么,问就是C++之父规定的)

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

void func(int a, int b, int c = 2, int d = 3)
{
	cout << a << endl;
	cout << b << endl;
	cout << c << endl;
	cout << d << endl;
}

int main()
{
	func(9, 8, 7);
	return 0;
}

函数重载

C++支持在同一作用域中出现同名函数,但是要求形参不同,可以是参数个数不同或者类型不同,在C语言中是不支持同名函数的

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

int Add(int a, int b)
{
	return a + b;
}

double Add(double a, double b)
{
	return a + b;
}

int main()
{
	cout << Add(1, 2) << endl;
	cout << Add(1.1, 2.2) << endl;
	return 0;
}

注:返回值不同并不能作为函数重载的一个条件

函数重载这里是有坑的,如下:

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

void func()
{
	cout << "func()" << endl;
}

void func(int a = 1)
{
	cout << "func(int a = 1)" << endl;
}

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

这两个func是构成重载的,如果我们不调用func我们的编译就不会报错,但是如果我们调用func()的时候为什么会出错呢?

func()是可以对于上面两个函数来说都是可以调用的,如果我们去掉这两个函数任意一个,都能运行成功,但是如果有两个它都能调用,编译器怎么知道我们要调用的是哪个func呢?

引用

引用是给一个变量起一个别名,而不是定义一个新的变量,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一块空间

它的使用方法是在类型后面加上一个&符号,像定义一个变量类似的方法给其他变量起一个别名

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

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

	cout << a << endl;
	cout << b << endl;

	return 0;
}

再来看看地址

我们通过上图的调试界面可以看出

在取a和b的地址的时候它们的地址是相同的,说明它们是同一个"人"

注意事项

定义时必须初始化

cpp 复制代码
int& b; // 错误写法,没有对这个别名初始化

一个变量能有多个引用,甚至可以引用别名

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

int main()
{
	int a = 66;
	int& b = a;
	int& c = a;
	int& d = c;

	cout << a << endl;
	cout << b << endl;
	cout << c << endl;
	cout << d << endl;

	return 0;
}

引用一旦引用一个实体,就不能再引用其他的实体

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

int main()
{
	int a = 66;
	int& b = a;
	int tmp = 55;
	b = tmp;

	cout << a << endl;
	cout << b << endl;

	return 0;
}

这里并不是b引用了tmp,而是tmp的值赋给了别名b,所以a也被影响了

权限放大问题

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

int main()
{
	const int a = 22;
	int& b = a;

	return 0;
}

上图的a是被const修饰的,只可读不可写,没有const限制的b自然也无法变成a的别名,因为b是可读可写,如果可以引用的话那a的权限就相当于被b放大了,这是不被允许的

cpp 复制代码
const int& b = a;

当然改成这样就可以了

权限放大不行权限缩小是可以的,例如:

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

int main()
{
	int b = 20;
	const int& rb = b;

	return 0;
}

不能引用常量

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

int main()
{
	int& a = 5;

	return 0;
}

也不能是这样

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

int main()
{
	int x = 2, y = 3;
	int& a = x + y;

	return 0;
}

一样的结果

引用和指针的关系(区别)

我们知道C++是在C的基础上诞生的,引用的出现自然解决了很多使用指针比较麻烦的场景,指针对大多数人来说是比较难写的一块知识

引用的底层是指针

但引用并不能代替指针,它们的功能有重叠,但它们也可以是相辅相成的关系

1. 在语法概念上引用是一个变量的别名,不开空间。而指针是存储一个变量的地址,要开空间

  1. 引用必须初始化,指针是建议初始化,不是必须的

  2. 引用初始化之后就不能再引用其他的对象,而指针可以不断改变指向

  3. 引用可以直接访问指向对象,而指针需要解引用才能访问指向对象

  4. sizeof中含义不同,引用的结果为引用类型的大小,而指针是地址空间所占字符数(32位平台下占4byte,64位平台下占8byte)

  5. 指针比较出现空指针、野指针的问题,引用很少出现问题,相对安全

inline

用inline修饰的函数叫做内联函数,简单来说被inline修饰的函数像宏函数一样会被编译器展开,这样调用的函数就不需要再建立栈帧,提高效率

我们只需要将inline加在返回值类型的前面即可

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

inline int Add(int a, int b)
{
	return a + b;
}

int main()
{
	int x = 3, y = 9;
	int ret = Add(x, y);
	cout << ret << endl;

	return 0;
}

为什么要有inline?

众所周知,C语言中有一种东西叫做宏函数,例如:

cpp 复制代码
#define Add(x, y) ((x) + (y))

这就是一个加法Add的宏函数

想更详细了解宏函数可以看看下面的博客

C语言:预处理详解-CSDN博客

但是上面的宏函数写的就已经需要很多细节了,如果想写更复杂一些的宏函数那么就需要更多细节,很容易让人写出问题,写宏函数也是能提高效率

但我们写正常的函数就基本上很少出问题(相对来说),所以我们用了inline就可以像宏函数一样类似的效果展开代码,提高效率

C++设计inline的目的就是替代宏函数

注意事项

inline对于编译器来说只是一个建议,编译器并不一定要去执行,也就是说加了inline也并不一定会将函数展开

因为编译器不能随意的展开一段代码,假设我们的func函数有1000条代码来完成,但是我们在main函数或者其他地方调用了func函数100次,全部都展开的话就是1000*100的代码量,这样会使我们的内存负担极大,相反,不展开的话只需要一个个call func函数的地址即可

inline使用于频繁调用的短小函数(小于10行),对于递归函数,代码相对更多的就算加上inline也会被编译器忽略

vs编译器 debug版本下默认是不展开inline的,这样方便调试

inline不建议声明和定义分离,因为文件打开会导致地址不存在,从而导致链接错误

nullptr

nullptr:空指针

在以前的C语言中,使用空指针需要用到NULL宏,它是在头文件 stddef.h中定义的

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

这是条件编译的知识:

C语言:预处理详解-CSDN博客

可以从上面的代码浅浅的看出,如果是cpp,NULL被定义为了0,否则NULL被定义为了((void *)0)

这有什么问题呢?看看如下代码的结果是?

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

void func(int a)
{
	cout << "func(int a)" << endl;
}

void func(int* a)
{
	cout << "func(int* a)" << endl;
}

int main()
{
	func(NULL);

	return 0;
}

NULL不是应该是空指针的意思吗?结果没有调用int*的形参反而调用了int类型的形参,于程序的初衷相悖

说明在C++中的NULL定义是有问题的,为了解决这个问题,在C++11中诞生了nullptr

nullptr是一个特殊的关键字,它可以转换成任意其他类型的指针类型

使用nullptr定义空指针可以避免类型转换的问题,因为nullptr只能被隐式类型转换为指针类型,而不能被转换成整数类型

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

void func(int a)
{
	cout << "func(int a)" << endl;
}

void func(int* a)
{
	cout << "func(int* a)" << endl;
}

int main()
{
	func(nullptr);

	return 0;
}


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