C++入门基础
一.C++的第一个程序
C++兼容C语言绝大部分的语法,所以C语言实现的hello world在C++中依旧可以运行,C++中需要把源文件后缀改为.cpp,VS编译器看到.cpp就会调用C++编译器进行编译,Linux下用的是g++编译,而不再是gcc编译器。
cpp
//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
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
cout << "Hello world" << endl; //endline:换行符
return 0;
}
二.namespace(命名空间)
1.namespace的介绍
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。
![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/8924d89b57ab4f93aea33694fa44a8d6.png)
cpp
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
//域
namespace byte
{
int rand = 10;//注意:全局变量
}
int a = 0;
int main()
{
printf("%p\n", rand); //默认访问全局,rand为函数名(地址),用%p打印
printf("%d\n", byte::rand);//访问域作用下的整形变量rand
int a = 1;
printf("%d\n", a); //默认访问局部变量a
printf("%d\n", ::a);//访问全局变量a,::表示域作用限定符
return 0;
}
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,所以与上面的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,还会影响变量的生命周期,命名空间域
和类域
不影响变量的生命周期。
cpp
#include<stdio.h>
namespace byte
{
int rand = 10;
int Add(int a, int b)
{
return a + b;
}
struct Node
{
struct Node* next;
int val;
};
}
int main()
{
//printf("%d\n", Add(1, 2));默认到局部/全局找Add函数,找不到error
printf("%d\n", byte::Add(1, 2));//指定域,才能找到Add函数
//struct Node p1;同理error
//byte::struct Node p1;error,注意:byte::的位置
struct byte::Node p1;//当然struct可以省略
return 0;
}
- namespace只能定义在全局,当然他还可以嵌套定义。
![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/4c72167b5afa4d4db19a96c7dffe5f2d.png)
cpp
#include<stdio.h>
//命名空间可以嵌套
namespace byte
{
namespace A
{
int rand = 10;
}
namespace B
{
int rand = 20;
}
}
int main()
{
printf("%d\n", byte::A::rand);
printf("%d\n", byte::B::rand);
return 0;
}
-
项目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:标准)的命名空间中,也怕与程序员写的冲突。
3.namespace的使用
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。
cpp
#include<stdio.h>
namespace xzy
{
int a = 0;
int b = 0;
}
//展开xzy命名空间中某个成员(a)
using xzy::a;
int main()
{
printf("%d\n", a);
printf("%d\n", xzy::b);//指定命名空间访问
}
- 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
#include<stdio.h>
namespace xzy
{
int a = 0;
int b = 0;
}
//展开xzy命名空间中全部成员,项目不推荐,平时的练习可以使用方便
using namespace xzy;
int main()
{
printf("%d\n", a);
printf("%d\n", b);
}
注意:
- 展开头文件:将头文件中的代码
拷贝
过来。 - 展开命名空间: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,到命名空间中
查找
。
三.C++的输入与输出
-
<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),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。
-
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
#include<iostream> //包含iostream头文件,预处理是拷贝头文件中的代码
using namespace std;//使用std命名空间(含有:cout、cin、endl)
int main()
{
int a = 1;
int b = 1.1;
char c = 'x';
//C++能自动识别类型------------方便
cout << a << " " << b << " " << c << "\n" << '\n' << endl;//三个换行符
cin >> a >> b >> c;//从终端输入
cout << a << " " << b << " " << c << endl;//输出到屏幕上
//C语言用手动输入公式------------不方便
scanf("%d %c", &a, &c);
printf("%d %c", a, c);
return 0;
}
cpp
#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;
}
四.缺省参数(函数的默认参数)
-
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。否则不知道调用函数的声明还是函数的定义。
cpp
#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(); //没有传参时,使用参数的默认值
Func1(1); //传参时,使用指定的实参
Func1(1, 2);
Func1(1, 2, 3);
//Func2();error
Func2(100);
Func2(100, 200);
Func2(100, 200, 300);
return 0;
}
五.函数重载
C++支持在同一作用域中出现同名函数
,但是要求这些同名函数的形参不同,可以是参数个数不同
、参数类型不同
、参数类型顺序不同
。返回值不同不能作为重载条件
,因为调用时也无法区分。这样C++函数调用就表现出了多态行为,使用更灵活。C语言是不支持同一作用域中出现同名函数。
cpp
#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;
}
cpp
#include<iostream>
using namespace std;
//下面两个函数构成重载
//f()但是调用时,会报错,存在歧义,编译器不知道调用谁
void f1()
{
cout << "f()" << endl;
}
void f1(int a = 10)
{
cout << "f(int a)" << endl;
}
int main()
{
//f1();报错
f1(10);//right
return 0;
}
cpp
// 返回值不同不能作为重载条件,因为调用时也无法区分
void fxx()
{}
int fxx()//报错
{}
六.引用
1.引用的概念和定义
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:水浒传中的林冲,外号是豹子头。
语法:类型& 引用别名 = 引用对象;
cpp
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
int a = 0;
// 引用:b和c是a的别名
int& b = a;
int& c = a;
// 也可以给别名b取别名,d相当于还是a的别名
int& d = b;
++d;
// 这里取地址我们看到是一样的
cout << &a << endl;
cout << &b << endl;
cout << &c << endl;
cout << &d << endl;
return 0;
}
![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/97b977dd0ef646578c22005aa9c27bc8.png)
2.引用的特性
-
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。
cpp
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
int a = 10;
//编译报错:"ra": 必须初始化引用
//int& ra;
int& b = a;
int c = 20;
//这里并非让b引用c,因为C++引用不能改变指向
//这里是一个简单的赋值
b = c;
//a与b地址相同,与c的地址不同
cout << &a << endl;
cout << &b << endl;
cout << &c << endl;
return 0;
}
3.引用的使用
- 引用在实践中主要是于
引用传参
和引用做返回值
中减少拷贝提高效率和改变引用对象时同时改变被引用对象。
![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/35c286e957214f4ab3c4dcbb16848341.png)
-
引用传参跟指针传参功能是类似的,
引用传参相对更方便一些
。 -
不能返回局部变量的引用
,否则造成野指针
。 -
引用和指针在实践中相辅相成,功能有重叠性,但是各有特点,互相不可替代。C++的引用跟其他语⾔的引用(如Java)是有很大的区别的,除了用法,最大的点,
C++引用定义后不能改变指向
,Java的引用可以改变指向。 -
一些主要用C代码实现版本数据结构教材中,使用C++引用替代指针传参,目的是简化程序,避开复杂的指针。
cpp
#include<iostream>
using namespace std;
//引用传递
void Swap(int& x, int& y)//x是a的别名,y是b的别名
{
int temp = x;
x = y;
y = temp;
}
int main()
{
int a = 10;
int b = 20;
cout << "a = " << a << " b = " << b << endl;//a=10,b=20
Swap(a, b);
cout << "a = " << a << " b = " << b << endl;//a=20,b=10
return 0;
}
4.const引用
- 可以引用一个const对象,但是必须用const引用。const引用也可以引用普通对象,因为对象的访问权限在引用过程中可以缩小,但是不能放大。
cpp
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
const int a = 10;//只能读,不能修改
//编译报错:error C2440:"初始化":无法从"const int"转化为"int &"
//这里的引用是对a访问权限的放大
//int& ra = a;可以读,可以修改,放大了权限
//这样才可以
const int& ra = a;
//ra++;error
//权限可以缩小,但是不能放大
int b = 20;
const int& rb = b;
b++;//right,b的权限没有发生改变
//rb++;error
//int& rc = 30;error,30是常量,引用将其权限放大了
const int& rc = 30;//right
//int& rc = (a + b);error,a+b的值存放在了一个临时对象,具有常量的性质,权限放大
const int& rc = (a + b);//right
return 0;
}
![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/df9c281760fe4f8395035f0eba850e61.png)
- 需要注意的是类似 int& rb = a+b; double d = 12.34; int& rd = d; 这样一些场景下 a+b的和结果保存在一个临时对象中, int& rd = d 也是类似,在类型转换中会产生临时对象存储中间值,也就是时,rb和rd引用的都是临时对象,而C++规定临时对象具有常性,所以这里就触发了权限放大,必须要用常引用才可以。
- 所谓临时对象就是编译器需要一个空间暂存表达式的求值结果时
临时创建的一个未命名的对象
,C++中把这个未命名对象叫做临时对象
。
cpp
#include<iostream>
using namespace std;
//函数模版,T可以是任意类型
template<class T>
void func1(T& val)
{}
template<class T>
void func2(const T& val)
{}
int main()
{
//func1(10);无法传常量
func2(10);//加上const,就行了,可以传的量很多
return 0;
}
产生临时变量的总结:表达式相加
、函数传值返回(拷贝的对象是临时对象)
、类型转换
。
6.指针和引用的关系
C++中指针和引用就像两个性格迥异的亲兄弟,指针是哥哥,引用是弟弟,在实践中他们相辅相成,功能有重叠性,但是各有自己的特点,互相不可替代。
-
语法概念上引用是一个变量的取别名不开空间,指针是存储一个变量地址,要开空间。
-
引用在定义时必须初始化,指针建议初始化,但是语法上不是必须的。
-
引用在初始化时引用一个对象后,就不能再引用其他对象;而指针可以在不断地改变指向对象。
-
引用可以直接访问指向对象,指针需要解引用才是访问指向对象。
-
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4byte,64位下是8byte)。
-
指针很容易出现空指针和野指针的问题,引用很少出现,引用使用起来相对更安全一些。
七.inline(内联)
-
用inline修饰的函数叫做内联函数,编译时C++编译器会在调用的地方展开内联函数,这样调用内联函数就不需要建立栈帧了,就可以提高效率。
-
inline对于编译器而言只是一个建议,也就是说,你加了inline编译器也可以选择在调用的地方不展开,不同编译器关于inline什么情况展开各不相同,因为C++标准没有规定这个。inline适用于频繁调用的短小函数,对于递归函数,代码相对多一些的函数,加上inline也会被编译器忽略。
-
C语言实现宏函数也会在预处理时替换展开,但是宏函数实现很复杂很容易出错的,且不方便调试,C++设计了inline目的就是替代C的宏函数。
cpp
#include<iostream>
using namespace std;
//实现一个ADD宏函数的常见问题
//#define ADD(int a, int b) return a + b;
//#define ADD(a, b) a + b;
//#define ADD(a, b) (a + b)
//正确的宏实现
#define ADD(a, b) ((a) + (b))
int main()
{
int ret = ADD(1, 2);//int ret = ((1)+(2));
//1.为什么不能加分号?
cout << ADD(1, 2) << endl; //cout << ADD(1, 2); << endl;error
//2.为什么要加外面的括号?
cout << ADD(1, 2) * 5 << endl; //1 + 2 * 5,*优先级高于+
//3.为什么要加里面的括号?
int x = 1, y = 2;
ADD(x & y, x | y); // -> (x&y+x|y) +优先级高于位运算符
return 0;
}
- vs编译器debug版本下面默认是不展开inline的,这样方便调试,debug版本想展开需要设置⼀下以下两个地方。
右击.cpp文件,点击属性
![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/ba275904da7445129bd9c0215883d232.png)
- inline不建议声明和定义分离到两个文件,分离会导致链接错误。因为inline被展开,就没有函数地址,链接时会出现报错。
八.nullptr(空指针)
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
-
C++中NULL可能被定义为字面常量0,C中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,本想通过
f(NULL)
调用指针版本的f(int*)
函数,但是由于NULL被定义成0,实际调用了f(int x)
,因此与程序的初衷相悖。f((void*)NULL);调用会报错。 -
C++11中引入nullptr,nullptr是一个特殊的关键字,nullptr是一种特殊类型的字面量,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只能被隐式地转换为指针类型
,而不能被转换为整数类型
。
cpp
#include<iostream>
using namespace std;
void f(int x)
{
cout << "f(int x)" << endl;
}
void f(int* ptr)
{
cout << "f(int* ptr)" << endl;
}
int main()
{
f(0); //调用f(int x)
f(NULL);//调用f(int* ptr)
//f((void*)NULL);在C++中不行,类型不配,但是在C语言中可以
f((int*)NULL);//调用f(int* ptr)
f(nullptr); //调用f(int* ptr)
//nullptr可以转换成任意类型的指针,但不会转换成int
return 0;
}