C++：c++基础知识

1. C++的第一个程序

1.1 C++兼容C语言

C++兼容C语言绝大多数的语法，在C++环境下，C语言实现的hello world依然可以运行。

cpp 复制代码

#include<stdio.h>

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

1.2 C++自己的hello world

cpp 复制代码

#include<iostream>

using namespace std;
int main()
{
    cout << "hello world" << endl;
    return 0;
}

其中，一些新字眼我们现在还不了解，接下来我们依次讲解。

2. namespace

在C++中，变量、函数和后面要学习的类都是大量存在的，这些变量、函数和类如果都存在于全局作用域，可能会导致很多冲突。使用namespace的目的就是对标识符名称进行本地化，避免命名冲突或名字污染。

2.1 namespace的定义

定义命名空间，需要用到关键字 namespace，后面跟命名空间的名字，然后接一对{}即可，{}中就是命名空间的成员，命名空间中可以定义变量，函数，类型等。

cpp 复制代码

namespace zxy
{
	int rand = 10;

	int Add(int left, int right)
	{
		return left + right;
	}

	struct node
	{
		struct node* next;
		int val;
	};
}

namespace的本质是定义出一个域，这个域跟全局域各自独立，不同的域中可以定义同名变量，所以避免了名字冲突的问题。

C++中有函数局部域，全局域，命名空间域和类域。局部域和全局域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。

namespace只能定义在全局 ，可以嵌套定义，项目工程中不同文件中的同名命名空间会认为是同一个namespace，不会冲突。

cpp 复制代码

namespace school
{
	namespace teacher
	{
		char name[] = "zxy";
		int id = 2210130;
	}

	namespace student
	{
		char name[] = "zxy";
		int id = 2210130;
	}
}

int main()
{
	printf("%s\n", school::teacher::name);
	printf("%s\n", school::student::name);
	printf("%d\n", school::teacher::id);
	printf("%d\n", school::student::id);
}

2.2 namespace的使用

编译查找一个变量的声明/定义时，默认只会在局部或全局域查找，不会到命名空间中查找。想要让编译器认识命名空间中的变量/函数有三种方式（以以下代码为例）：

cpp 复制代码

#include<stdio.h>

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

第一种：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", zxy::a);
    printf("%d\n", zxy::b);
    return 0;
}

第二种：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单独展开。

cpp 复制代码

using namespace zxy::b

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

第三种：using展开命名空间所有成员，项目不推荐，冲突风险很大，日常练习可以展开。

cpp 复制代码

using namespce N;

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

学到这，我们可知C++输入输出写的using namespace std中的std也是命名空间。

3. C++的输入输出

<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）

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(本质是通过函数模板重载实现的，这个以后会提到)，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。

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。

cpp 复制代码

using namespace std;

int main()
{
    int a = 0;
    double b = 0.1;
    char c = 'x';
    cout << a << " " << b << " " << c << endl;
    std::cout << a << " " << b << " " << c << std::endl;

    // 可以⾃动识别变量的类型
    cin >> a;
    cin >> b >> c;
    cout << a << endl;
    cout << b << " " << c << endl;
    return 0;
}

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。

4. 缺省参数

缺省参数是声明或定义函数时为函数参数指定的一个缺省值，在函数调用时，如果没有指定实参，则采用次缺省值，否则使用指定的实参，缺省参数分为半缺省参数和全缺省参数。

cpp 复制代码

//缺省参数
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;
}

全缺省是全部参数都有缺省值，半缺省是部分参数有缺省值，C++规定，半缺省参数缺省值必须从右到左连续依次缺省，不能跳跃。

带缺省参数的函数调用，C++规定必须从左到右依次给实参，同样不能跳跃。

cpp 复制代码

// 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;
}

函数声明和定义分离时，C++规定缺省参数不能在声明和定义中同时出现，规定必须函数声明给缺省值。

5. 函数重载

C++支持在同一作用域中出现同名函数，但要求这些函数的形参不同，可以是参数个数不同，或者参数类型不同。

第一种：参数类型不同

cpp 复制代码

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;
}

第二种：参数个数不同

cpp 复制代码

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

第三种：参数类型顺序不同（本质也是参数不同）

cpp 复制代码

void func(int a, char b)
{
	cout << "func(int a,char b)" << endl;
}
void func(char b, int a)
{
	cout << "func(char b, int a)" << endl;
}

6. 引用

6.1 引用的定义

引用不是新定义的变量，而是给已存在变量取一个别名，编译器不会给引用变量开辟内存空间，它和它引用的变量共有同一块空间。

cpp 复制代码

int main()
{
	int a = 0;
	// 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;
}

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，引用一旦实体化后不能再引用其他实体

cpp 复制代码

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;
}

6.2 引用的使用

引用在实际中主要用处是做引用传参和传返回值减少拷贝，提高效率和改变引用对象的同时改变被引用对象。

引用传参和指针传参类似，引用传参更方便。

引用做返回值场景较为复杂，在后续类和对象章节中再做讲解。

可以引用一个const对象，但必须const引用，const也可以引用普通对象，因为权限可以缩小，不能被放大。

cpp 复制代码

int main()
{
    const int a = 10;
    // 这⾥的引⽤是对a访问权限的放⼤ 编译报错
    //int& ra = a;
    // 这样才可以
    const int& ra = a;
  
    // 这⾥的引⽤是对b访问权限的缩⼩
    int b = 20;
    const int& rb = b;
    
    return 0;
}

6.3 指针和引用的关系

引用和指针在实践中相辅相成，功能有重叠性，但各有特点，互相不可替代。

语法概念上引用是给变量取别名，不开空间，指针是存储变量地址，开空间。

引用在定义时必须初始化，指针建议初始化，但语法上不是必须的。

引用在初始化后不能引用其他对象，而指针可以不断改变指向对象。

引用可以直接访问指向对象，指针需要解引用后才可。

sizeof含义不同，引用结果为引用类型的大小，指针始终是地址空间所占字节数（32位平台下占4字节，64位平台8字节）

指针很容易出现空指针和野指针的情况，引用相对较少，较为安全。

7. inline

用inline修饰的函数叫内联函数，编译时C++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，可以提高效率。

inline对编译器而言只是一个建议，即使函数加了inline，也有可能不展开，具体展不展开看内联函数的代码长度，inline适用于简短且需要频繁调用的函数。对于递归函数，代码较多的函数，编译器就会忽略inline。

8. nullptr

NULL实际上是一个宏，被定义为字面常量0或者无类型指针（void*）的常量，不论采用何种定义，在使用时都会不可避免的遇到一些麻烦，本想通过func（NULL）调用指针版本的func（int*）函数，但因为NULL被定义为0，所以调用了func（int i），与初衷相悖，func((Void*)NULL)调用会报错。

C++单独定义了一个特殊的关键字nullptr，nullptr是一种特殊类型的字面量，可以转换成任意其他类型的指针类型，使用nullptr可以避免类型转换的问题。