【C++初阶】一、入门知识讲解（C++关键字、命名空间、C++输入&输出、缺省参数、函数重载）

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相关代码gitee自取：

C语言学习日记: 加油努力 (gitee.com)

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接上期：

【数据结构初阶】十一、归并排序(比较排序)的讲解和实现
（递归版本 + 非递归版本 -- C语言实现）-CSDN博客

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引言：什么是C++

• C语言是结构化和模块化的语言，适合处理较小规模的程序。
  对于复杂的问题，规模较大的程序，需要高度的抽象和建模时，C语言就不合适了。
  为了解决软件危机，20世纪80年代，计算机界提出了：
  OOP（object oriented programming：面向对象）思想，
  支持面向对象的程序设计语言应运而生
                           
• 1982年，Bjarne Stroustrup博士在C语言的基础上引入并扩充了面向对象的概念，
  发明了一种新的程序语言，为了表达该语言与C语言的渊源关系，命名为C++
                           
• 因此：C++是基于C语言而产生的，
  它即可以进行C语言的过程化程序设计，
  又可以进行以抽象数据类型为特点的基于对象的程序设计，
  还可以进行面向对象的程序设计
                    
• C++是在C语言的基础之上，容纳了面向对象编程思想，
  并增加了许多有用的库，以及编程范式等。
  熟悉C语言的话，对C++的学习有一定的帮助
                  
• 本篇博客主要目标：
  1、补充C语言语法的不足，以及C++是如何对C语言设计不合理的地方进行优化的，
  如：作用域方面、IO方面、函数方面、指针方面、宏方面等
  2、为后续了解类和对象打下基础

           

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引言：C++的发展史

1979年，贝尔实验室的本贾尼等人试图分析unix内核的时候，
试图将内核模块化，于是在C语言的基础上进行扩展，增加了类的机制，
完成了一个可以运行的预处理程序，称之为 C with classes

                    

C++语言也进行着逐步递进、由浅入深的过程

C++的历史版本：

阶段	内容
C with classes	类及派生类、公有和私有成员、类的构造和析构、友元、内联函数、赋值运算符 重载等
C++1.0	添加虚函数概念，函数和运算符重载，引用、常量等
C++2.0	更加完善支持面向对象，新增保护成员、多重继承、对象的初始化、抽象类、静态成员以及const成员函数
C++3.0	进一步完善，引入模板，解决多重继承产生的二义性问题和相应构造和析构的处理
C++98	C++标准第一个版本，绝大多数编译器都支持，得到了国际标准化组织（ISO）和美国标准化协会认可，以模板方式重写C++标准库，引入了STL（标准模板库）
C++03	C++标准第二个版本，语言特性无大改变，主要：修订错误、减少多异性
C++05	C++标准委员会发布了一份计数报告（Technical Report -- TR1），正式更名为C++0x， 即：计划在本世纪第一个10年的某个时间发布
C++11	增加了许多特性，使得C++更像一种新语言， 如：正则表达式、基于范围for循环、auto关键字、新容器、列表初始化、标准线程库等
C++14	对C++11的扩展，主要是修复C++11中的漏洞以及改进， 如：泛型的lambda表达式，auto的返回值类型推导，二进制字面常量等
C++17	在C++11上做了一些小幅改进，增加了19个新特性， 如：static_assert()的文本信息可选，Fold表达式用于可变的模板， if 和 switch 语句中的初始化器等
C++20	自C++11以来最大的发行版，引入了许多新的特性， 如：模块（Modules）、协程（Coroutines）、范围（Ranges）、概念（Constraints） 等重大特性； 还有对已有特性的更新，如：Lambda支持模板、范围for循环支持初始化等
C++23	制定中……

            

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一、C++关键字（C++98版本）

C++总计63个关键字，包含C语言的32个关键字

该C++版本关键字表格：

asm	do	if	return	try	continue
auto	double	inline	short	typedef	for
bool	dynamic_cast	int	signed	typeid	public
break	else	long	sizeof	typename	throw
case	enum	mutable	static	union	wchar_t
catch	explicit	namespace	static_cast	unsigned	default
char	export	new	struct	using	friend
class	extern	operator	switch	virtual	register
const	false	private	template	void	true
const_cast	float	protected	this	volatile	while
delete	goto	reinterpret_cast

（红色关键字为之前C语言博客有提到或使用过的关键字）

         

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二、namespace -- 命名空间关键字

（1）. 命名空间的作用：

在C/C++中，变量、函数和后面要了解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

示例：

                     

                     

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（2）. 命名空间的定义：

• 定义命名空间，需要使用到namespace关键字，

  关键字后接命名空间的名称，然后再加上一对大括号{}即可，

  大括号{}中内容为命名空间的成员
                    

• 在一般开发中，会使用项目的名称作为命名空间的名称
                          

一般命名空间的定义：

命名空间嵌套子命名空间：

存在多个相同名称的命名空间：

• 同一个工程中允许存在多个相同名称的命名空间，
  编译器最后会合并成同一个命名空间
               
• 一个工程中的 test.h（头文件） 和 text.cpp（C++文件）中
  两个同名命名空间会被合并成一个

                     

                     

---

                    

（3）. 命名空间的使用：

定义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，

所以不能通过直接调用来使用命名空间中的内容，

命名空间的使用有三种方式：

                      

方式一：
加命名空间名称和作用域限定符

• 作用域限定符（两个冒号） --   : :

                       

方式二：
using namespace 命名空间名称 展开命名空间

• 使用 using namespace 命名空间名称 可以展开对应的命名空间，
  展开后可以直接通过该命名空间中成员的名称使用该成员
                      
• 但是使用该方式对命名空间的展开，
  会导致命名空间的所有内容暴露出来，
  可能又会导致命名冲突问题
                 
• 所以一般在自己使用时为了方便才会使用该方式，
  如果是项目工程，该方式一定要慎重使用，可能会出大问题的

                 

方式三：
使用using关键字只展开命名空间中的某个成员

• 通过方式二直接展开命名空间会有命名冲突的风险，
  那么我们可以通过：
  using 命名空间名称::指定成员
  来指定只展开命名空间中的某个成员
                       
• 这种方式是比较常用的，
  通常是对一些常用的成员（对象）进行使用，
  来避免频繁使用方式一调用命名空间，减轻代码冗余

            

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三、C++输出&输入

C++中有了新的输入和输出方法，虽然说有了新的输入输出方法，
但之前C语言中的输入和输出方法也是可以用的，
在了解C++的输入和输出方法前，需要先了解以下概念：

                     

                     

std -- C++标准库命名空间

std是C++标准库的命名空间名，C++将标准库的定义实现都放在这个命名空间中，
上一标题我们知道了使用命名空间的三种方式，而使用std命名空间的方式要考虑实际情况：
               

std命名空间的使用惯例：

• 在自己的日常练习中，建议直接方式二即可，
  即：using namespace std
  这样使用std命名空间就很方便了，不用频繁使用方式一进行操作
                   
• 而在项目工程中，using namespace std 展开（方式二展开），
  标准库就全部暴露出来了，如果我们定义了跟库中重名的 类型/对象/函数 ，
  就会存在命名冲突问题。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方式三指定展开，
  即：using std::成员(对象)名
  来指定展开std命名空间中常用的几个库对象/类型/成员，
  像是C++输出时使用的cout，输入时使用的cin

                       

                       

  ---

                      

cout 和 cin

• cout  --  console(控制台) out  --  标准输出对象(控制台)  --  流插入
  cin  --  console(控制台) in  --  标准输入对象(键盘)  --  流提取
                      
• 使用cout标准输出对象和cin标准输入对象时，
  需要包含 <iostream> 头文件（IO流头文件）以及 按命名空间使用方法使用std

注：C++ 头文件 不需要像C语言一样加“.h”后缀

早期标准库将所有功能在全局域中实现，声明在“.h”后缀的头文件中，
使用时只需包含对应头文件即可，后来将其（标准库所有功能）实现在std命名空间下，
为了和C语言头文件区分，也为了正确使用命名空间，规定C++头文件不加“.h”后缀。
旧编译器（vc 6.0）中还支持 格式，后续编译器已不支持，
因此推荐使用 <iostream> + std命名空间 的方式
                   

• cout 和 cin 是全局的流对象，endl（endline）是特殊的C++符号，表示换行输出，
  他们都包含在 <iostream>头文件 中
                       
• 使用cout进行输出时还需要用到： <<  --  流插入运算符
  使用cin进行输入时还需要用到： >>  --  流提取运算符
  （在C语言中，<< 和 >> 是位于算符，在C++中又多了以上身份）
                  
• 使用C++输入和输出相对C语言更方便，
  不需要像 scanf / printf 输入输出时要手动控制格式（%d、%p……），
  C++的输入和输出可以自动识别变量类型
                       
• 实际上 cout 和 cin 分别是 ostream 和 istream 类型的对象，
  >> 和 << 也涉及运算符重载等知识，这里只是简单了解并使用
  关于cout和cin还有很多更复杂的用法，
  比如控制浮点数输出精度，控制整型输出进制格式等，但并不常用，
  实在需要使用时可以用C语言来操作（C++兼容C语言的操作）

示例：

对应代码：

//包含IO流头文件：
#include 
 
//指定展开命名空间成员：
using std::cout;  //指定展开标准输出对象（控制台）
using std::cin;  //指定展开标准输入对象（键盘）
using std::endl;  //指定展开C++换行符号
 
int main()
{
	int a = 10; //整型变量
	double b = 3.14; //浮点型变量
 
	cout << "使用cout打印当前a和b：" << endl;
 
	//使用cout进行输出：
	cout << a << endl << b << endl;
	/*
	* 通过cout标准输出对象和<<流插入运算符进行输出打印：
	* 
	* 先将a这个变量流进std::cout这个控制台中打印，
	* 再进行endl换行，再将b这个变量
	* 流进std::cout这个控制台中打印，再换行。
	* 
	* 即使 a变量 和 b变量 的类型不同也能打印
	* C++的输入和输出可以自动识别变量类型
	*/
	
	cout << "使用cin分别输入数据到a和b：" << endl;
 
	//使用cin进行输入：
	cin >> a >> b;
	/*
	* 通过cin标准输入对象和>>流提取运算符对数据进行输入：
	*
	* 让你在控制台上输入的数据分别流入a和b这两个变量中
	*
	* 即使 a变量 和 b变量 的类型不同也能输入
	* C++的输入和输出可以自动识别变量类型
	*/
 
	cout << "输入后再使用cout进行输出打印：" << endl;
 
	cout << a << endl << b << endl;
 
	return 0;
}

            

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四、缺省参数

（1）. 缺省函数的概念：

缺省参数是在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，

有了缺省参数后，可以调整参数的各种形式来调用该函数

                        

• 缺省值必须是常量或者全局变量
                  
• C语言不支持缺省参数（编译器不支持）
                           

• 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现

                     

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（2）. 缺省函数的分类：

全缺省参数：

函数的所有参数都设置对应的缺省参数

图示：

                          

                   

半缺省参数：

只对函数的部分参数设置对应的缺省参数

                       

• 半缺省参数必须从右往左依次来给出，不能间隔着给
  （传参“从左往右”传，半缺省参数“从右往左”给）

图示：

            

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五、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

                           

函数重载的概念：

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、参数类型、类型顺序）不同，
函数重载常被用来处理实现功能类似但数据类型不同的问题

图示：

                     

                     

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（难）C++支持函数重载的原理 -- 名字修饰（name Mangling）

为什么C语言不支持函数重载，而C++支持函数重载？

要解决这个问题，需要先了解一下编译链接的过程，往期相关博客：
学C的第三十四天【程序环境和预处理】_高高的胖子的博客-CSDN博客
                        

简单解释编译链接过程：

假设我们现在有三个文件：

Func.h                Func.cpp                Test,cpp

（函数声明）        （函数实现）        （主函数调用）

执行主函数时需要进行以下过程：

预处理  =>  编译  =>  汇编  =>  链接

现有文件和其内容：

                     

预处理：

• 预处理过程操作包括：头文件展开(主要)  /  ​​​宏替换  /  条件编译  /​  去除注释​​​

在 Fun.cpp文件 和 Test.cpp文件 中，因为都包含了 Func.h头文件 ，

所以在预处理时会对头文件进行展开，之后会生成预处理文件：Func.i文件 和 Test.i文件，

所以在 Func.i文件 中就会有Func函数的声明和实现（Func.i：函数声明和定义），

而 Test.i文件 中会有被调用的函数的声明和调用（Test.i：函数的声明和实际调用）

                           

编译：

• 编译过程操作包括：检查语法是否错误 / 生成汇编代码

进行编译时会生成汇编代码文件（.s文件），

即 Func.s文件 和 Test.s文件（分别由 Func.i文件 和 Test.i文件 生成），

Func.s文件 中存放了两个重载函数对应的汇编代码，

而 Test.s文件 中则存放了主函数（main函数）的汇编代码，

包括被调用的两个重载函数的汇编代码，

而要调用这两个重载函数，还需要用到汇编语言中的 call指令 来获取函数的地址。

但在编译阶段，因为 Test.i文件 中只包含了 Func.h头文件，只有函数声明，没有函数实现，

所以 call指令 还无法获得对应的函数地址。

在这种情况下，编译器会判断调用的函数和头文件中函数是否匹配，如果匹配的话，

即使 call指令 还没找到函数地址，也可以先让其通过编译（方便实现多文件项目）

• 

                  

汇编：

• 汇编过程操作包括：将汇编代码文件中的代码转换为二进制的机器码
  （二级制的机器码：CPU能“读懂”的代码）

汇编后会生成目标文件（.o文件），
即 Func.o文件 和 Test,o文件（分别由 Func.s文件 和 Test.s文件 生成），

两个文件都将汇编代码转换成了对应的二进制机器码

                 

链接： 

• 链接过程操作包括：将目标文件链接合并到一起，链接一些没有确定函数地址等等

将汇编操作中的 Func.o文件 和 Test.o文件 合并为 a.out文件（默认情况下），

合并后的 a,out文件 中：

之前在编译过程中call指令未找到的函数地址，可以在合并后的 a.out文件 中找到
（因为合并前的 Func.o文件 就包含对应函数的实现）

                          

                          
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C++支持重载函数，而C语言不支持的原因：

通过上面对编译链接过程的简单了解，我们可以知道：

在编译过程中 call指令 还未找到被调用函数的地址，直到链接过程合并文件后才能够找到

                   

C语言不支持重载函数的原因：

在C语言中，没有重载函数，即函数名唯一的情况下，

要找函数地址只需要通过唯一的函数名即可找到，
即在链接过程中通过唯一的函数名在 Func.o目标文件 中的符号表进行对地址的查找，

所以如果C语言中有重载函数，函数名不唯一的情况下就无法在链接过程中找到函数地址，

因此C语言无法支持重载函数

                      

C++支持重载函数的原因 -- 名字修饰（name Mangling）：

（注：不同编译器实现方式不同，这里以Linux中的g++为例）

在C++中有重载函数的情况下，即函数名不唯一的情况下，

C++有一个函数，可以通过函数名和参数情况修饰出一个新的函数名字，

函数名相同但参数情况不同，就能修饰出不同的函数名字，

再通过修饰出的函数名字来查找对应的函数地址。

• 修饰名字构成方式：
  _Z  +  函数名字符个数  +  函数名  +  各参数首字母
  假设有一个函数：Func(int a, double b) ，修饰后的函数名字为：_Z4Funcid
  假设有另一个函数：Func(double b, int a) ，修饰后的函数名字为：_Z4Funcdi
  所以即使函数名相同，也可以通过参数情况来创建出不同的函数名字

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