C++入门基础 - 技术栈

C++的第一条代码

我在c语言中实现的第一条代码为：

c 复制代码

#include<stdio.h>

int main()
{
	printf("%s","hello world\n");
	return 0;
}

将以上代码转换成C++的形式：

cpp 复制代码

#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	cout << "hello world"<<endl;

	return 0;
}

命名空间

namespace的价值

在C/C++中，变量、函数和类都是大量存在的，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。例如以下这个案例：

c 复制代码

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h>
int rand = 10;
int main()
{
    printf("%d\n", rand);
    return 0;
}

虽然把rand设定为全局变量 ，但是还是出现了报错，因为在头文件 中包含了rand，因此产生了冲突。

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，还会影响变量的生命周期，命名空间域和类域不影响变量生命周期。

cpp 复制代码

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h>


namespace test
{
    int rand = 10;
    int Add(int left, int right)
    {
        return left + right;
    }
    struct Node
    {
        struct Node* next;
        int val;
    };
}
int main()
{
    printf("%d\n", test::rand);//::可以让命名空间内的数据进行使用
    return 0;
}

namespace只能定义在全局，当然他还可以嵌套定义。

cpp 复制代码

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h>

namespace test
{
	namespace test1
	{
		int rand = 1;
		int Add(int left, int right)
		{
			return (left + right) * 10;
		}
	}
	namespace test2
	{
		int rand = 2;
		int Add(int left, int right)
		{
			return (left + right) * 10;
		}
	}
}

int main()
{
	printf("%d\n",test::test1::rand);
	printf("%d\n", test::test1::Add(1,2));
	printf("%d\n", test::test2::rand);
	printf("%d\n", test::test2::Add(1, 2));
	return 0;
}

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。

cpp 复制代码

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h>

namespace test
{
	int rand = 1;
}
namespace test
{
	int rand = 2;
}
int main()
{
	printf("%d\n",test::rand);
	return 0;
}

在运行前都不会出错，在运行后会出现错误

C++****标准库 都放在⼀个叫std(standard)的命名空间中。

命名空间的使用

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。

cpp 复制代码

#include <stdio.h> 

namespace test
{
	int a = 0;
	int b = 1;
}
int main()
{
	printf("%d\n", a);
	return 0;
}

当我们不使用任何方式，而想去使用命名空间内的数据时，会出现报错。

cpp 复制代码

#include <stdio.h> 

namespace test
{
	int a = 0;
	int b = 1;
}
int main()
{
	printf("%d\n", test::a);
	return 0;
}

当指定命名空间进行访问时，则不会出现错误。

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 复制代码

#include <stdio.h> 

namespace test
{
	int a = 0;
	int b = 1;
}

using test::a;

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

当使用using将命名空间中某个成员展开时，也能运行成功。

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 test
{
	int a = 0;
	int b = 1;
}

using namespace test;

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

C++输入&输出

<iostream>是InputOutputStream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。
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。
⼀般日常练习中可以using namespace std，实际项目开发中不建议using namespace std。
没有包含<stdio.h>，也可以使用printf和scanf，是因为<iostream>间接包含了<stdio.h>。

cpp 复制代码

#include<iostream>

using namespace std;

int main()
{

	ios_base::sync_with_stdio(false);
	cin.tie(nullptr);
	cout.tie(nullptr);
	return 0;
}

在io需求比较高的地方，如部分大量输入的竞赛题中，加上此3行代码，可以提高C++IO效率。

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。

cpp 复制代码

#include <iostream>

using namespace std;

void Func(int a = 0)
{
	cout << a << endl;
}

int main()
{
	Func();
	Func(10);  
	return 0;
}

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。

cpp 复制代码

#include <iostream>
using namespace std;

void Func1(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl << endl;
}//全缺省


void Func2(int a, int b = 10, int c = 20)
{
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl << endl;
}//半缺省

int main()
{
	Func1();
	Func1(1);
	Func1(1, 2);
	Func1(1, 2, 3);
	Func2(100);
	Func2(100, 200);
	Func2(100, 200, 300);
	return 0;
}

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。

函数重构

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或者类型不同。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的。

cpp 复制代码

#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;
}

// 下面两个函数构成重载但是调用时，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()
{
	Add(10, 20);
	Add(10.1, 20.2);
	f();
	f(10);
	f(10, 'a');
	f('a', 10);
	return 0;
}

引用

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。
类型& 引用别名=引用对象;

cpp 复制代码

#include<iostream>

using namespace std;

int main()
{
	int a = 0;
	int& b = a;//b为a的别名
	int& c = a;//c也为a的别名
	int& d = b;//d为b的别名
	++d;
	cout << &a << endl;
	cout << &b << endl;
	cout << &c << endl;
	cout << &d << endl;
	cout << a << endl;
	cout << b << endl;
	cout << c << endl;
	cout << d << endl;
	return 0;
}

以上可以得知，a、b、c、d的地址一样，值也一样。

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

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。
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。
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。

cpp 复制代码

#include<iostream>

using namespace std;

void Swap(int& rx, int& ry)
{
	int tmp = rx;
	rx = ry;
	ry = tmp;
}

int main()
{
	int x = 0;
	int y = 1;
	cout << x << " " << y << endl;
	Swap(x, y);
	cout << x << " " << y << endl;
	return 0;
}

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。
需要注意的是类似int& rb = a*3; double d = 12.34; int& rd = d; 这样⼀些场景下a*3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 复制代码

#include<iostream>

int main()
{
	const int a = 10;
	int& ra = a;

	return 0;
}

若我们将const修饰的常数进行引用，发现会失败，这里对应着第一点：可以引用⼀个const对象 ，但是必须用const引用。

正确的代码为：

cpp 复制代码

#include<iostream>

int main()
{
	const int a = 10;
	const int& ra = a;

	return 0;
}

cpp 复制代码

#include<iostream>

int main()
{
	int b = 1;
	const int& rb = b;
	return 0;
}

若我们对一个常数进行const引用，结果发现可以，这里对应着第二点：const引用可以引用普通对象

cpp 复制代码

#include<iostream>

int main()
{
	double c = 1.11;
	int& rc = c;
	return 0;
}

若我们对double类型的常数进行int类型的引用，结构发现会失败，这是因为：在赋值过程中会产生临时变量，C++规定临时对象具有常性，必须要用常引用才可以。

正确的代码为：

cpp 复制代码

#include<iostream>

int main()
{
	double c = 1.11;
	const int& rc = c;
	return 0;
}

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
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。

inline

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。
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。

cpp 复制代码

#include<iostream>
using namespace std;

inline int Add(int x, int y)
{
	int ret = x + y;
	ret += 1;
	ret += 1;
	ret += 1;
	return ret;
}

int main()
{
	int ret = Add(1, 2);
	cout << Add(1, 2) * 5 << endl;
	return 0;
}

nullprt

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：

cpp 复制代码

#ifndef NULL
	#ifdef __cplusplus
		#define NULL    
	#else
		#define NULL    
	#endif
#endif

cpp 复制代码

#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);
	f(NULL);
	f((int*)NULL);
	f(nullptr);
	return 0;
}

C++中NULL可能被定义为字面常量0 ，或者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，调用了f(intx)，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。