初识C++ - 技术栈

1.C++的第一个程序

C++兼容C语言绝大部分语法，所以在C语言中的hello world是可以正常运行的，但是C++有一套自己的输入输出，所以C++版本的hello world应该是这样写的：

cpp 复制代码

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    cout << "hello world\n" << endl;

    return 0;
}

2.namespace的价值、定义和使用

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、函数和类的名称都将存在于全局作用域中，可能导致很多冲突。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 = 10;

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

定义命名空间，需要使用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本质是定义出的一个域，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，所以有了域的隔离，名字冲突就解决了。局部域和全局域出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。

项目工程文件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。

cpp 复制代码

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

namespace perhaps
{
	int rand = 10;
}

int main()
{
	printf("%d\n", rand); //这里访问的是全局的rand函数指针

	printf("%d\n", perhaps::rand);//这里访问的是perhaps命名空间中的rand

}

命名空间可以嵌套：

cpp 复制代码

namespace perhaps
{

	namespace invisible
	{
		int rand = 1;

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

	namespace fierce
	{
		int rand = 2;

		int Add(int left, int right)
		{
			return (left + right) * 10;
		}
	}
}

int main()
{
	printf("%d\n", perhaps::invisible::rand);
	printf("%d\n", perhaps::fierce::rand);

	printf("%d\n", perhaps::invisible::Add(1,2));
	printf("%d\n", perhaps::fierce::Add(1, 2));
}

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，所以我们要使用命名空间中定义的变量/函数有三种方式：

指定命名空间的访问；using将命名空间中某个成员展开；展开命名空间中全部成员。

cpp 复制代码

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

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

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

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

3.C++输入和输出

<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，面向窄字符的标准输入流。

std::cout是ostream类的对象，它主要面对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。

<<时流插入运算符，>>是流提取运算符。（C语言还用这两个运算符做位移运算符左移/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），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std(standard)的命名空间中，所以要通过命名空间的使用方法去用他们。

这里没有包含<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。

cpp 复制代码

#include <iostream>
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;

	scanf("%d%lf", &a, &b);
	printf("%d %lf\n",a,b);

	cin >> a;
	cin >> b >> c;
	cout << a << endl;
	cout << b << " " << c << endl;

	return 0;
}

在io需求比较高的地方，如部分大量输入的竞赛题中，加上以下三行代码可以提高C++IO效率

cpp 复制代码

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{

	ios_base::sync_with_stdio(false);
	cin.tie(nullptr);
	cout.tie(nullptr);

	return 0;
}

4.缺省参数

缺省参数是声明或定义函数时为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

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;
}

cpp 复制代码

// Stack.h
#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;
	int capacity;
}ST;
void STInit(ST* ps, int n = 4);


// Stack.cpp
#include"Stack.h"
// 缺省参数不能声明和定义同时给
void STInit(ST* ps, int n)
{
	assert(ps && n > 0);
	ps->a = (STDataType*)malloc(n * sizeof(STDataType));
	ps->top = 0;
	ps->capacity = n;
}

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，可以时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出现同名函数的。

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
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函数重载的条件，因为调用时也无法区分。

下面两个函数构成重载，但是调用时会报错存在歧义，编译器不知道调用谁。

cpp 复制代码

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

6.引用的概念、定义和特性

引用不是新定义一个变量，而是给已存在变量取一个别名，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。

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

结构：类型& 引用别名 = 引用对象;

cpp 复制代码

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{

	int a = 0;
	//b和c是a的别名
	int& b = a;
	int& c = a;

	int& d = b;//d相当于还是a的别名

	++d;
	//取地址看到的是一样的地址
	cout << &a << endl;
	cout << &b << endl;
	cout << &c << endl;
	cout << &d << endl;
	return 0;
}

7.引用的使用

引用在实践中主要是用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。

cpp 复制代码

void Swap(int& rx, int& ry)
{
	int tmp = rx;
	rx = ry;
	ry = tmp;
}

int main()
{
	int x = 0, y = 1;
	cout << x << " " << y << endl;

	Swap(x, y);
	cout << x << " " << y << endl;
	return 0;
}

8.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的过程中可以缩小，但是不能放大。

类似int& rb = a*3; double d = 12.34; int& rd = d; 在这种情况下a*3和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，所以这里就是权限放大，必须要用常引量才可以。

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++中把这个未命名的对象叫做临时对象。

cpp 复制代码

int main()
{
	const int a = 10;
	// 编译报错：error C2440: "初始化": ⽆法从"const int"转换为"int &"
	// 这⾥的引⽤是对a访问权限的放⼤
	//int& ra = a;
	// 这样才可以
	const int& ra = a;
	// 编译报错：error C3892: "ra": 不能给常量赋值
	//ra++;
	// 这⾥的引⽤是对b访问权限的缩⼩
	int b = 20;
	const int& rb = b;
	// 编译报错：error C3892: "rb": 不能给常量赋值
	//rb++;
	return 0;
}

int main()
{
	int a = 10;
	const int& ra = 30;
	// 编译报错: "初始化": ⽆法从"int"转换为"int &"
	// int& rb = a * 3;
	const int& rb = a * 3;
	double d = 12.34;
	// 编译报错："初始化": ⽆法从"double"转换为"int &"
	// int& rd = d;
	const int& rd = d;
	return 0;
}

9.指针和引用的关系

语法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；而指针可以在不断的改变指向对象。

引用可以直接访问对象，指针需要解引用才能访问指向对象。

sizeof中含义不同，引用结果为引用类型的大小，而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8个字节）

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点。

10.inline（内联函数）

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，不同的编译器关于inline在什么情况下展开各不相同，因为C++标准没有这个规定。

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。

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。

cpp 复制代码

#include <iostream>
using namespace std;
inline int Add(int x, int y)
{
	int ret = x + y;
	ret += 1; 
	ret += 1;
	ret += 1;

	return ret;
}

int main()
{
	//可以通过反汇编观察程序是否展开
	//有call Add语句就是没有展开,没有就是展开了
	int ret = Add(1, 2);
	cout << Add(1, 2) * 5 << endl;

	return 0;
}

11.nullptr

在传统的C头文件(stddef.h)中，NULL实际是一个宏。

C++中NULL可能被定义为字面量0，或者C中被定义为无类型指针(void*)的常量。不论采用何种定义，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只能被隐式的转换为指针类型，而不能被转换为整数类型。