C++入门

1、命名空间

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。

cpp 复制代码

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

这是因为，头文件stdlib.h中，有rand函数这个定义，我们包含头文件，相当于将rand函数暴露在全局中，此时，我们便不可以将全局变量命名成rand，会引发冲突。

于是，我们便引入namespace这个关键字。

1、命名空间定义

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

// x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. 正常的命名空间定义
namespace x
{
 // 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;
 };
}

cpp 复制代码

//2. 命名空间可以嵌套
// test.cpp
namespace N1
{
int a;
int b;
int Add(int left, int right)
 {
     return left + right;
 }
namespace N2
 {
     int c;
     int d;
     int Sub(int left, int right)
     {
         return left - right;
     }
 }
}

cpp 复制代码

//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。
// ps：一个工程中的test.h和上面test.cpp中两个N1会被合并成一个
// test.h
namespace N1
{
int Mul(int left, int right)
 {
     return left * right;
 }
}

注意：一个命名空间就定义了一个新的作用域，命名空间中的所有内容都局限于该命名空间中。

2、命名空间使用

**命名空间使用有三种方式：**加命名空间名称及作用域限定符：如图中x::

使用using将命名空间中某个成员引入

使用using namespace命名空间名称引入

但是，第二第三种需要慎用，本质上是将命名空间内的成员暴露在全局变量中，可能会出现开头第一张图的情况。即命名冲突。

2、C++输入输出

cpp 复制代码

#include<iostream>
// 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
using namespace std;
int main()
{
	cout << "Hello World" << endl;
	return 0;
}

说明：

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。
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。
**<<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，需要手动控制格式。
C++的输入输出可以自动识别变量类型。
std****命名空间的使用惯例：
std是C++标准库的命名空间，如何展开std使用更合理呢？
在日常练习中，建议直接using namespace std即可，这样就很方便。
using namespace std展开，标准库就全部暴露出来了，如果我们定义跟库重名的类型/对
象/函数，就存在冲突问题。该问题在日常练习中很少出现，但是项目开发中代码较多、规模
大，就很容易出现。所以建议在项目开发中使用，像std::cout这样使用时指定命名空间 +
using std::cout展开常用的库对象/类型等方式。

3、缺省参数

1、缺省参数概念

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。

在调用函数func时，如果不传参数，那么默认使用0。

2、缺省参数分类

1.全缺省参数

顾名思义，函数中的参数全是缺省参数。

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;
 }

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

cpp 复制代码

// 编译报错！C++ 不允许非右侧的缺省参数
void func(int a = 1, int b, int c = 3) { 
    cout << a << " " << b << " " << c << endl;
}

此时调用 func(2, 4) 会产生两种可能的解读：

a=2（覆盖默认值）、b=4（必传）、c=3（默认）；
a=1（默认）、b=2（位置匹配）、c=4（位置匹配）。
会产生歧义，因此，规定缺省参数必须从右往左依次给出。

cpp 复制代码

//a.h
  void Func(int a = 10);
  
  // a.cpp
  void Func(int a = 20)
 {}
  
  // 注意：如果生命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。

3、缺省参数必须是常量或者全局变量

4、C语言不支持缺省参数

注意：缺省参数有声明时必须在声明中给出，如果没声明则在定义中给出。

4、函数重载

自然语言中，一个词可以有多重含义，人们可以通过上下文来判断该词真实的含义，即该词被重
载了。

1、函数重载概念

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同名函数，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

int Add(int a, int b)
{
	return a + b;
}
double Add(double a, double b)
{
	return a + b;
}

2、参数个数不同：

cpp 复制代码

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;
}

注意，返回值不同不构成函数重载。

2、C++支持函数重载的原理--名字修饰(name Mangling)

为什么C++支持函数重载，而C语言不支持函数重载呢？
在C/C++中，一个程序要运行起来，需要经历以下几个阶段：预处理、编译、汇编、链接。
预处理阶段：头文件展开/宏替换/条件编译/去掉注释
此时生成.i文件
编译阶段：检查语法、生成汇编代码
此时生成.s文件
汇编阶段：汇编代码转换成二进制机器码
此时生成.o文件
链接阶段：将工程中多个文件链接起来，找到函数定义等...
下面就是一个例子：

实际项目通常是由多个头文件和多个源文件构成，而通过C语言阶段学习的编译链接，我们
可以知道，【当前a.cpp中调用了b.cpp中定义的Add函数时】，编译后链接前，a.o的目标
文件中没有Add的函数地址，因为Add是在b.cpp中定义的，所以Add的地址在b.o中。那么
怎么办呢？
所以链接阶段就是专门处理这种问题，链接器看到a.o调用Add，但是没有Add的地址，就
会到b.o的符号表中找Add的地址，然后链接到一起。(老师要带同学们回顾一下)
那么链接时，面对Add函数，链接接器会使用哪个名字去找呢？这里每个编译器都有自己的
函数名修饰规则。
由于Windows下vs的修饰规则过于复杂，而Linux下g++的修饰规则简单易懂，下面我们使
用了g++演示了这个修饰后的名字。
采用C语言编译器编译后结果

我们看到符号表中函数名修饰没有发生改变，所以不支持函数重载。
**采用C++编译器编译后结果

结论：**在linux下，采用**g++**编译完成后，函数名字的修饰发生改变，编译器将函数参
数类型信息添加到修改后的名字中。
所以C++支持函数重载，而之所以返回值不同不构成函数重载，是因为函数名修饰不涉及返回值，所以编译器无法识别。

5、引用

1、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。
类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的

2、引用特性

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
引用相当于给变量取别名，那么取别名时我们就必须知道变量本名是什么，所以引用在定义时必须要初始化。
一个变量可以有多个引用，就好像一个人的外号不止有一个。
一旦这个外号是描述某个人，就不能再拿来描述另外一个人，就像引用一个实体不能再引用另外一个实体。

3、常引用

cpp 复制代码

 const int a = 10;
    //int& ra = a;   // 该语句编译时会出错，a为常量
    const int& ra = a;
    // int& b = 10; // 该语句编译时会出错，b为常量
    const int& b = 10;
    double d = 12.34;
    //int& rd = d; // 该语句编译时会出错，类型不同
    const int& rd = d;

因为a的类型是const int ，是常量，所以ra也是常量，于是就不可修改。

4 、使用场景

1、做参数

在C语言中，函数有两种传参方式，一种是传值调用，一种是传地址调用，这里我们可以传引用调用来达到和传地址调用一样的目的，因为引用变量和变量的地址是一样的。

如我们要写一个交换函数

cpp 复制代码

void Swap(int& left, int& right)
{
   int temp = left;
   left = right;
   right = temp;
}

其次，我们引用做参数效率比较高，因为引用传递仅传递内存地址（通常 4/8 字节），无需复制整个数据，大数据量下节省内存和拷贝时间。

其次不需要通过返回值修改结果。

2、做返回值

引用可以做返回值，但是比较危险。

cpp 复制代码

int& count()
{
	int n = 0;
	n++;
	return n;
}
int main()
{
	int ret = count();
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

像这里，打印ret的值就是不确定的，如果count函数结束，栈帧销毁，但没有清理栈帧，那么ret打印的结果侥幸是正确的，因为n的值还在，n的别名就确定；但如果count函数结束，栈帧销毁，清理栈帧，那么ret打印的值就是随机数。

像这里，ret是n别名的别名，也是n的别名，rand函数执行后清理了栈帧，于是n的值便成了随机值。

总结：谨慎使用引用做返回值，除了函数作用域，对象不在了，就不能用引用返回，还在可以用。

5、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:

引用概念上定义一个变量的别名，指针存储一个变量地址。
引用在定义时必须初始化，指针没有要求
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
没有NULL引用，但有NULL指针
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)
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
有多级指针，但是没有多级引用
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
引用比指针使用起来相对更安全

6.内联函数

1、概念

以inline修饰 的函数叫做内联函数，编译时 C++编译器会在调用内联函数的地方展开，没有函数调
用建立栈帧的开销，内联函数提升程序运行的效率。

出现call字样，说明创建了栈帧，不是内联函数。
如果在上述函数前增加inline关键字将其改成内联函数，在编译期间编译器会用函数体替换函数的
调用。

内联函数在编译时直接展开，不会创立栈帧。

2 、特性

inline是一种以空间换时间的做法，如果编译器将函数当成内联函数处理，在编译阶段，会
用函数体替换函数调用，缺陷：可能会使目标文件变大，优势：少了调用开销，提高程序运
行效率。
下面解释一下，为什么可能会使目标文件变大：
加入我们有一个100行的函数，我们在一个工程里调用了1w次，那么如果使用内联函数，直接展开函数体，原本的1w行调用代码就会一下膨胀成1w*100变成100w行代码。
实际上，是否使用内联函数取决于编译器本身，即使我们用了inline关键字，编译器会自动判别是否适合使用内联函数。

如这个函数，虽然加了inline关键字，但我们调用它时，依旧出现了call字样，说明不是内联函数。
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。
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。

7、auto关键字(C++11)

1、auto简介

C++11中，标准委员会赋予了auto全新的含义即：auto不再是一个存储类型指示符，而是作为一
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。
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。

cpp 复制代码

auto e;//不行，会报错，因为编译器无法推导类型

2、auto的使用细则

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 x=10;
auto a=&x;//等价于auto*a=&x;

auto& a=x;

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

 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

3 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)
{}

2. 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};
}

8、基于范围的for循环(C++11)

1 、范围for的语法

对于一个有范围的集合 而言，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。

cpp 复制代码

void TestFor()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for(auto& e : array)
     e *= 2;
for(auto e : array)
     cout << e << " ";
return 0;
}

这个函数的意思，将数组中每个元素乘以2，再打印出来，对于第一个循环，加&，说明不是简单的值拷贝，而是直接对数组元素进行修改；而第二个循环就是值拷贝。

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。

2范围for的使用条件

for循环迭代的范围必须是确定的
对于数组而言，就是数组中第一个元素和最后一个元素的范围；对于类而言，应该提供
begin和end的方法，begin和end就是for循环迭代的范围。
注意：以下代码就有问题，因为for的范围不确定

cpp 复制代码

void TestFor(int array[])
{
    for(auto& e : array)
        cout<< e <<endl;
}

9、指针空值nullptr(C++11)

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   0
#else
#define NULL   ((void *)0)
#endif
#endif

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。
所以，当我们想表示空指针时，可以使用nullptr。
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。

1、命名空间

1、命名空间定义

2、命名空间使用

2、C++输入输出

3、缺省参数

1、缺省参数概念

**2、**缺省参数分类

1.全缺省参数

2、半缺省参数

4、函数重载

1、函数重载概念

2、C++支持函数重载的原理--名字修饰(name Mangling)

5、引用

1、引用概念

2、引用特性

3、常引用

**4 、**使用场景

1、做参数

2、做返回值

5、引用和指针的区别

**6.**内联函数

**1、**概念

**2 、**特性

7、auto关键字(C++11)

1、auto简介

2、auto****的使用细则

1. auto与指针和引用结合起来使用

2. 在同一行定义多个变量

3 auto****不能推导的场景

1. auto不能作为函数的参数

2. auto不能直接用来声明数组

8、基于范围的for循环**(C++11)**

1 、范围for的语法

2范围for****的使用条件

9、指针空值****nullptr(C++11)

2、缺省参数分类

4 、使用场景

6.内联函数

1、概念

2 、特性

2、auto的使用细则

3 auto不能推导的场景

8、基于范围的for循环(C++11)

2范围for的使用条件

9、指针空值nullptr(C++11)