C++知识整理day1——前置基础知识整理（命名空间、输入输出、函数重载、引用）

孙同学要努力2024-11-23 17:13

文章目录

  • 1.命名空间
    • [7.1 namespace的价值](#7.1 namespace的价值)
    • [7.2 namespace的定义](#7.2 namespace的定义)
    • [1.3 命名空间的使用](#1.3 命名空间的使用)
  • 2.C++的输入输出
  • 3.缺省参数
  • 4.函数重载
  • 5.引用
    • [5.1 引用的概念和定义](#5.1 引用的概念和定义)
    • [5.2 引用的特性](#5.2 引用的特性)
    • [5.3 引用的使用](#5.3 引用的使用)
    • [5.4 const引用](#5.4 const引用)
    • [5.5 指针与引用的关系](#5.5 指针与引用的关系)
  • 6.nullptr

其实，在我们学习C语言的时候，会发现他有很多漏洞存在的，比如说我们C语言中的struct中只是各种类型的数据的叠加，是不可以直接在里面定义函数的，它是不支持面向对象这个概念的。还有，其实C语言它是没有直接定义字符串string这个类型的，我们都是通过字符数组来写string的。从我们开始学习C++开始，就会发现C语言是有很多漏洞和小错误的，并且C++提供了非常强大的STL容器的语法，向我们之前学的很多数据结构就不需要我们用手写的方式了，我们直接调用它的库就可以，在写算法时是很方便的。

1.命名空间

7.1 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()
{
	printf("%d\n", rand);
	return 0;
}

我们发现我们写的程序报错了：

其实，rand函数是C语言给我们定义好的库函数，我们是不可以用C语言的库函数来命名变量的，会导致命名冲突。

7.2 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，还会影响变量的⽣命周期，命名空间域和类域不影响变量⽣命周期。
  • 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。

示例1：

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

// 1. 正常的命名空间定义
// sun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。
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;
}

示例2：

cpp 复制代码 
//2. 命名空间可以嵌套
namespace xiaomi
{
	// 雷总
	namespace lz
	{
	int rand = 1;
	int Add(int left, int right)
	{
	return left + right;
	}
	}
		// 王腾
		namespace wt
	{
		int rand = 2;
		int Add(int left, int right)
		{
			return (left + right) * 10;
		}
	}
}

int main()
{
	printf("%d\n", xiaomi::lz::rand);
	printf("%d\n", xiaomi::wt::rand);
	printf("%d\n", xiaomi::lz::Add(1, 2));
	printf("%d\n", xiaomi::wt::Add(1, 2));
	return 0;
}

1.3 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：

  1. 指定命名空间访问，项⽬中推荐这种⽅式。
  2. 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。
  3. 展开命名空间中全部成员，项⽬不推荐，冲突⻛险很⼤，⽇常⼩练习程序为了⽅便推荐使⽤。

示例1：

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

namespace sun
{
	int a = 10;
	int b = 20;
}

int main()
{
	//1.指定命名空间访问
	printf("%d\n", sun::a);
	return 0;
}

示例2：

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

namespace sun
{
	int a = 10;
	int b = 20;
}

using sun::a;

int main()
{
	//2.using将命名空间中某个成员展开
	printf("%d\n", a);
	return 0;
}

示例3：

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

namespace sun
{
	int a = 10;
	int b = 20;
}

using namespace sun;

int main()
{
	//3.展开命名空间中全部成员
	printf("%d\n", a);
	printf("%d\n", b);
	return 0;
}

2.C++的输入输出

  • < iostream > 是 Input Output Stream 的缩写，是C++中标准的输⼊、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，之后会用一章详细的介绍这一点。
  • 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。

示例：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	int a = 10;
	float f = 3.14;
	double d;
	std::cin >> d;
	std::cout << "a=" << a << ' ' << "f=" << f << ' ' << "d=" << d << std::endl;

	return 0;
}

3.缺省参数

在C语言当中，我们在定义或声明函数的时候，形参是不可以给他赋值的，但是有时候我们又想给他一个初始值，因为有些情况函数的参数多数都是一样的值，我们不想每次都费事。C++就引入了缺省参数的形式，我们给形参一个默认的初始值，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），但是有三个语法特殊此情况情况：

1.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。

2.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。
3.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。

示例1：

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

// 默认参数a=0
void func(int a = 0)
{
	cout << a << endl;
}

int main()
{
	func();//使用默认参数
	func(10);//不使用默认参数
	return 0;
}

示例2：

cpp 复制代码 
#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;
}

4.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。
注意：我们没有说函数的返回值不同

示例：

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

//1.参数类型不同
int Add(int x = 0, int y = 0)
{
	return x + y;
}

double Add(double x = 0, double y = 0)
{
	return x + y;
}

//2.参数个数不同
void Func()
{
	cout << "func()" << endl;
}

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

//3.参数类型顺序不同
void f(char c, int a)
{
	cout << "f(char c, int a)" << endl;
}

void f(int a, char c)
{
	cout << "f(int a, char c)" << endl;
}

int main()
{
	printf("%d\n", Add(10, 20));
	printf("%lf\n", Add(1.2, 2.4));

	Func();
	Func(10);

	f('a', 10);
	f(10, 'a');

	return 0;
}


注意：当一个函数存在默认参数时，且他存在函数重载时，虽然满足函数重载的条件，但是调用这个函数会发生歧义，编译器不知道调用谁。

示例：

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

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

void func(int a = 10)
{
	cout << "func(int a = 10)" << endl;
}

int main()
{
	func();//报错，编译器不知道调用谁

	return 0;
}

5.引用

5.1 引用的概念和定义

我们在C语言学过指针的概念，我们知道指针的语法非常麻烦。在C++中就引入了引用的概念了。

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。

C++中为了避免引⼊太多的运算符，会复⽤C语⾔的⼀些符号，⽐如前⾯的<< 和 >>，这⾥引⽤也和取地址使⽤了同⼀个符号&，⼤家注意使⽤⽅法⻆度区分就可以。（吐槽⼀下，这个问题其实挺坑的，个⼈觉得⽤更多符号反⽽更好，不容易混淆）

示例：

5.2 引用的特性

  • 引⽤在定义时必须初始化（指针不需要，初始化时可以让他指向NULL）
  • 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（与指针不一样）

示例：

5.3 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⻉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。

在这里，我们要注意一个点，在函数返回时，切记小心使用引用。一个函数的返回就代表了这个函数栈帧被释放，有些函数里的变量空间都已经被释放了，我们如果还要使用引用返回函数局部对象时，显然是错误的，我们应该就像平常那样，用一个临时变量来返回，不需要共享他们的地址。

5.4 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。
  • 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。

示例1：

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

int main()
{
	const int a = 10;//a是常变量，是不允许修改a的值的
	//int& b = a;//报错，放大了对象的权限，会导致通过b可以修改a的值
	//同理，在指针中也有类似的情况
	//int* p = &a;
	//正确方式
	//const int* p = &a;

	//正确方式
	const int& b = a;

	int c = 10;
	//这里是对权限缩小，是可以的
	const int& d = c;

	return 0;
}

示例2（比较难理解一些）：

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

int main()
{
	//int& x = 10;//报错，C++规定临时对象具有常性，是不可以引用的
	const int& x = 10;//正确
	int a = 10;
	//报错，a*3会产生一个临时变量，a*3的结果会保存在里面
	//int& b = a * 3;
	//正确
	const int& b = a * 3;

	double d = 3.14;
	double& f = d;//正确，不会产生类型转换
	//错误，类型转换会产生临时变量
	//int& y = d;
	//正确
	const int& y = d;

	return 0;
}

5.5 指针与引用的关系

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（除非加上const）。
  • 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4个字节，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。

补充：其实在底层，引用也是用指针来实现的。

6.nullptr

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 复制代码 
#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，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(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。

示例：

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);
	// 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(NULL);
	f((int*)NULL);

	// 编译报错：error C2665: "f": 2 个重载中没有⼀个可以转换所有参数类型
	// f((void*)NULL);
	f(nullptr);
	return 0;
}
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