C++入门基础

朱皮皮呀2024-09-19 21:47

注意：本文在有一点C语言基础上更容易理解哦！

目录

一、命名空间

1.命名空间的定义

[2. 域的概念](#2. 域的概念)

[3. 命名空间的使用](#3. 命名空间的使用)

[4. C++标准库](#4. C++标准库)

二、C++的输入，输出

三、缺省参数

缺省参数的分类

注意：

四、函数的重载

五、引用

概念：

[语法 ：](#语法 ：)

引用特性：

常引用:

使用场景

传值、传引用效率比较

引用和指针的区别

六、内联函数

七、auto关键字

auto作用

auto使用细则

auto不能推导的场景

八、基于范围的for循环(C++11)

语法规则：

使用范围

九、指针空值(nullptr)

一、命名空间

在一个C++的项目代码编写中会出现大量的变量，函数，和类，并且这些变量，函数，和类的都需要自己的名称，如果这些存在相同的名称则会导致出现冲突。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。

例如下面这段代码：

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int rand = 10;

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

当我们运行时出现了这样的错误

这一段简单的代码表面看起来没有什么问题，但是在<stdlib.h>头文件中存在一个名为rand的函数 在程序预处理过程中，会将这个头文件里的内容包含进来，这时rand函数和自己定义的rand变量的名称相同，编译器不知道打印哪个rand这是就会产生冲突报错。

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

1.命名空间的定义

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。

cpp 复制代码 
namespace zpp
{
	int rand = 10;
}

zpp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命名空间中可以定义变量/函数/类型

cpp 复制代码 
namespace zpp
{
	//变量
	int rand = 10;
	//函数
	int Add(int left, int right)
	{
		return left + right;
	}
	//类型
	struct Node
	{
	struct Node* next;
	int val;
	};
}

②命名空间可以嵌套

cpp 复制代码 
//test.cpp
namespace N1
{
int a;
int b;
int Add(int left, int right)
{
    return left + right;
}
//N2为嵌套的命名空间
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。

cpp 复制代码 
//test.h
namespace N1
{
    int Mul(int left, int right)
    {
        return left * right;
    }
}

一个工程中的test.h和上面test.cpp中两个N1会被合并成一个

2. 域的概念

在C语言中学习过两种作用域一个是局部域 ，一个是全局域 ，现在一个命名空间就定义了一个新的作用域，命名空间域，命名空间中的所有内容都局限于该命名空间中。

当前有三种域，后期学习类和对象时还存在类域。

3. 命名空间的使用

思考下面打印结果

cpp 复制代码 
namespace zpp
{
	int a = 100;
}

int a = 10;

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

此时输入结果为1

当全局域,局部域,命名空间域都存在时访问时的默认变量访问顺序 : 局部域->全局域->命名空间域

当局部域的a不存在时就输出的结果就是10。

注意： 命名空间域如果不主动去访问,是不会自己访问的

命名空间的使用有三种方式：

①加命名空间名称及作用域限定符

cpp 复制代码 
namespace zpp
{
	int a = 100;
    int b = 10;
}
int main()
{
	printf("%d\n", zpp::a);
    printf("%d\n", zpp::b);
	return 0;
}

域作用限定符:

域作用限定符为::

其中符号左边写命名空间的名称这里是zpp

右边是写命名空间里访问的成员名称这里是a

因此这里写出来就是zpp::a

②使用using将命名空间中某个成员引入

cpp 复制代码 
namespace zpp
{
	int a = 100;
    int b = 10;
}
using namespace zpp::a;
int main()
{
	printf("%d\n", a);
    printf("%d\n", zpp::b);
	return 0;
}

using展开命名空间

使用 using+命名空间名 可以特定命名空间 中的成员或者部分成员引入到当前作用域使得在使用这些成员时不需要每次都加上命名空间的前缀

  • 展开后相当于将内容暴露在全局中
  • 因此被展开的内容中 不可以包含 与全局变量同名 的变量

③使用using namespace 命名空间名称 引入

cpp 复制代码 
namespace zpp
{
	int a = 100;
    int b = 10;
}
using namespace zpp;
int main()
{
	printf("%d\n", a);
    printf("%d\n", b);
	return 0;
}

以上三种方法可以根据不同的需求来进行选择。

4. C++标准库

C++标准库中其包含了许多标准的C++库组件，如容器、算法、迭代器、输入输出操作等，它的标准库存放在 std命名的命名空间当中。

所以我们学习C++基本上都是学习这个标准库中的内容，所以在接下来学习C++过程中，我们可以先对**标准库展开using namespace std，**以方便学习和使用。

二、C++的输入，输出

输入输出

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。

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

cpp 复制代码 
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int a;
	char c;
	// 可以自动识别变量的类型
	cin >> a;
	cin >> c;
	cout << a << endl;
	cout << c << endl;
	return 0;
}

代码运行为：

流运算符

<<是流插入运算符，>>是流提取运算符。

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。

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。

三、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。

cpp 复制代码 
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;
}

缺省参数的分类

①全缺省参数

cpp 复制代码 
void Func(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{
    cout<<"a = "<<a<<endl;
    cout<<"b = "<<b<<endl;
    cout<<"c = "<<c<<endl;
}

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

②半缺省参数

cpp 复制代码 
void Func(int a, int b = 10, int c = 20)
{
    cout<<"a = "<<a<<endl;
    cout<<"b = "<<b<<endl;
    cout<<"c = "<<c<<endl;
}
int main()
{
    Func(1);
    return 0;
}

注意：

1. 半缺省参数必须从右往左依次来给出，不能间隔着给
2. 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现

3. 缺省值必须是常量或者全局变量
4. C语言不支持（编译器不支持）

cpp 复制代码 
//test.h 函数声明
void Func(int a = 10);

// test.cpp  函数定义
void Func(int a = 20)
{
    cout << a << endl;
}

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。

四、函数的重载

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相同名字的函数 ，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。

  • 1. 参数类型不同
cpp 复制代码 
// 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
cpp 复制代码 
// 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
cpp 复制代码 
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;
}

五、引用

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。

语法 ：

语法：类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；

引用类型必须和引用实体是同种类型的。

cpp 复制代码 
int main()
{
    int a = 10;
    int& ra = a;//<====定义引用类型
    printf("%p\n", &a);
    printf("%p\n", &ra);
}

输出结果：

由此可知ra和a为同一块空间。

引用特性：

  1. 引用在定义时必须初始化

  2. 一个变量可以有多个引用

  3. 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

常引用:

通过这几组示例可以清楚引用的引用的类型一定要一致。

使用场景

    1. 做参数

在C语言中设计几个交换两个数的函数我们是这样设计的：

cpp 复制代码 
void Swap(int* x, int* y)
{
	int temp = *x;
	*x = *y;
	*y = temp;
}

而用了引用后则是：

cpp 复制代码 
void Swap(int& x, int& y)
{
	int temp = x;
	x = y;
	y = temp;
}

这样在实现过程中，就不需要使用*号，避免忘记并且简化书写更直观。

    1. 做返回值
cpp 复制代码 
int& Count()
{
    static int n = 0;
    n++;
    return n;
}

在函数带有返回值时，一定注意返回的数据一定是malloc申请的或者存放在静态区的变量等函数调用结束时不会销毁的数。否则返回的内容可能不是想要的值。

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的拷贝，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。

效率比较：

cpp 复制代码 
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;
}

结果如下：

值和引用的作为返回值类型的性能比较：

cpp 复制代码 
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;
}

结果如下：

总结：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

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。

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。

引用和指针的不同点:

1. 引用概念上定义一个变量的别名，指针存储一个变量地址。
2. 引用在定义时必须初始化，指针没有要求
3. 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
4. 没有NULL引用，但有NULL指针
5. 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)
6. 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

7. 有多级指针，但是没有多级引用
8. 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
9. 引用比指针使用起来相对更安全

六、内联函数

首先，如果我们要定义一个宏函数来求两数之和该是什么样呢？

先参考一下普通的求和函数是这样：

cpp 复制代码 
int Add(int x, int y)
{
    return x+y;
}

所以宏函数应该是这样：

cpp 复制代码 
//定义宏函数
#define Add(x,y) ((x)+(y))

宏函数优缺点：

优点： ①不会建立栈帧产生性能消耗。②参数类型不固定double float也能调用

**缺点：**①运算符优先级细节较多,书写比较复杂。②安全性低，没有类型检查。③不能调试。

在C++中出现为了弥补宏函数的缺点出现了以inline修饰的内联函数。 它继承了宏函数不会建立栈帧产生性能消耗的优点，也弥补了他宏函数的缺点。

内联函数语法：

在普通函数前面加 inline 关键字就表示内联函数

对比普通函数和内联函数的汇编代码：

这里的call表示调用函数地址，建立函数栈帧

当使用内联函数时，就没有call调用函数了，直接在这个地方将函数展开开始执行。

特性

通过上面对内联函数的学习感觉这个函数特别棒，如果所有函数都用内联函数那性能肯定比较好但是它还是存在一个缺点。

我们知道内联函数是在调用处直接展开，在编译阶段，会用函数体替换函数调用。因此如果在一段程序中有一千处需要调用一个有100行代码的函数。那么如果这个函数是内联函数，等编译器编译后源程序的代码量将增加十万行，这无疑增大了程序的所需的存储空间。inline是一种以空间换时间的做法。

inline函数使用建议：对于函数规模小，不是递归的且频繁调用的函数采用inline修饰。

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。

在《C++prime》第五版关于inline的建议：

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。

特别注意：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。

cpp 复制代码 
// 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;
}

此时编译器会报错：

// 链接错误：main.obj : error LNK2019: 无法解析的外部符号 "void __cdecl

f(int)" (?f@@YAXH@Z)，该符号在函数 _main 中被引用

七、auto关键字

auto作用

对于：

  1. 类型难于拼写

  2. 含义不明确导致容易出错

可以简化书写

cpp 复制代码 
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;
    return 0;
}

在C++11中auto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。

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使用细则

  • 1.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&
cpp 复制代码 
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;
}
  • 2.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。
cpp 复制代码 
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

    1. auto不能作为函数的参数
cpp 复制代码 
// 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)
{}
    1. auto不能直接用来声明数组
cpp 复制代码 
void TestAuto()
{
    int a[] = {1,2,3};
    auto b[] = {4，5，6};
}
    1. 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
    1. 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。

八、基于范围的for循环(C++11)

语法规则：

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。

例如：for(auto e: arr)

cpp 复制代码 
int main()
{
	int arr[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	for (auto e : arr){
		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。

使用范围

  1. for循环迭代的范围必须是确定的

  2. 迭代的对象要实现++和==的操作。

九、指针空值(nullptr)

在C语言中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：

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：

cpp 复制代码 
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：

1. 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。

2. 在C++11中，sizeof(nullptr) 与 sizeof((void*)0)所占的字节数相同。
3. 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。

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