C++入门 - 技术栈

文章目录

1.C++的第一个程序
2.命名空间
3.C++输⼊&输出
4.缺省参数
5.函数重载
6.引用
7.指针和引用的关系
8.inline
9.nullptr

1.C++的第一个程序

C++兼容C语言绝大多数的语法，所以C语言实现的hello world依旧可以运行，C++中需要把定义文件

代码后缀改为.cpp，vs编译器看到是.cpp就会调用C++编译器编译，linux下要用g++编译，不再是gcc

举个例子，我们在后缀为.cpp的文件下，用C语言的方式实现hello world。

c++ 复制代码

#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。

c++ 复制代码

// test.cpp
// 这⾥的std cout等我们都看不懂，没关系，下⾯我们会依次讲解
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	cout << "hello world" << endl;
	return 0;
}

2.命名空间

2.1namespace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

例如下面这段代码：

c 复制代码

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

如果我们将rand定义在全局，那它就会跟#include<stdlib.h>中的rand()函数冲突，程序运行起来就会显示：C2365: "rand": 重定义；以前的定义是"函数"。

如果我们是在main()函数里面定义的rand，这个时候运行上面的代码可以编译成功，但是后续我们是无法调用标准库中的rand()函数的，这时标准库里面的rand()函数会被隐藏，也就是局部变量会隐藏同名的全局标识。

作为程序员，我们在后续和其他人合作写项目的时候，也有可能会出现命名冲突的情况。

2.2namespace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 复制代码
```
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
namespace bit
{
	int rand = 10;
}
int main()
{
	printf("%d\n", bit::rand);
	printf("%d\n", rand);
	return 0;
}
```
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。
- 这里就需要连续使用::
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。
- 多文件中可以定义同名namespace ，他们会默认合并到⼀起，就像同⼀个namespace⼀样
C++标准库都放在⼀个叫std(standard)的命名空间中。

2.3命名空间使用

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。

cpp 复制代码

#include<stdio.h>
namespace N
{
	int a = 0;
	int b = 1;
}
int main()
{
	// 编译报错：error C2065: "a": 未声明的标识符
	printf("%d\n", a);
	return 0;
}

所以我们要使用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
```
int main()
{
	printf("%d\n", N::a);
	return 0;
}
```
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。
c 复制代码
```
using N::b;
int main()
{
	printf("%d\n", N::a);
	printf("%d\n", b);
	return 0;
}
```
展开命名空间中全部成员，项目不推荐，冲突风险很大，日常练习小程序为了方便推荐使用。
c 复制代码
```
using namespce N;
int main()
{
	printf("%d\n", a);
	printf("%d\n", b);
	return 0;
}
```

3.C++输⼊&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）
- 初学的时候我们可以这么理解：流就像我们运行起来之后的黑框框（控制台），而<<和>>就是控制流动方向的 "管道"，流插入<<就是把右边的东西流向了黑框框，流提取就是黑框框里面的流向了右边。"流" 本质是 C++ 中对 "数据传输" 的抽象，它不止局限于控制台（黑框框），还可以是文件、字符串甚至网络等，但核心都是 "数据从一个地方流向另一个地方"。
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，这些知识我们还没有讲解，所以这

⾥我们只能简单认识⼀下C++ IO流的用法，后面我们会有专们的⼀个章节来细讲IO流库。
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使用他们。
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。

c++ 复制代码

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int a = 0;
	double b= 1.1;
	char c = 'x';
    //enl等价于之前c语言的"\n"
	cout << a << " " << b << " " << c<<endl;
    //如果要保留浮点数小数点后面几位数，就还是要用C语言的方法例如：printf("%.3f", b);
	printf("%d %lf", a, b);
    //这里流提取就不用像scanf一样在后面加&
	cin >> a;
	cin >> b >> c;
	cout<<a<< " " << b << " " << c << endl;
	return 0;
}

4.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。（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。

c++ 复制代码

#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;
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;
}

c++ 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;
}

5.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。

c++ 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;
}
// 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()
//{
// return 0;
//}
// 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()
{
	Add(10, 20);
	Add(10.1, 20.2);
	f();
	f(10);
	f(10, 'a');
	f('a', 10);
	return 0;
}

6.引用

6.1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：水浒传中李逵，宋江叫"铁牛"，江湖上人称"黑旋风；林冲，外号豹子头；

类型& 引用别名 = 引用对象;

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&，大家注意使用方法角度区分就可以。（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）

c++ 复制代码

#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;
}

6.2引用的特性

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

c++ 复制代码

#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，
	// 这⾥是⼀个赋值
	b = c;
	cout << &a << endl;
	cout << &b << endl;
	cout << &c << endl;
	return 0;
}

6.3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。
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。
引用返回值的场景相对比较复杂，我们在这里简单讲了⼀下场景，还有⼀些内容后续类和对象章节

中会继续深入讲解。
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，但是很多同学没学过引用，导致⼀头雾水。

6.4const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。
不过需要注意的是类似 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，也就是说，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。

7.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。
最后，如果我们去查看指针和引用的汇编指令，我们会发现它们是一样的，也就是说引用本质上还是指针

8.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。
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。
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。

我们还可以回忆一下之前的宏

c++ 复制代码

// 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))
// 为什么不能加分号?
//如果加了;编译器后面替换的时候就会多出;后面很可能会造成语法错误还有编译错误
// 为什么要加外面的括号?
//是为了保证宏替换后的表达式作为一个整体参与运算
// 为什么要加里面的括号?
//是为了保证每个参数本身作为一个独立的整体

9.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。