• 从C语言到C++：C++入门知识（2）

    朋友们、伙计们，我们又见面了，本期来给大家解读一下有关C++的基础知识点，如果看完之后对你有一定的启发，那么请留下你的三连，祝大家心想事成！

    C 语 言 专 栏：C语言：从入门到精通

    数据结构专栏：数据结构

    个  人  主  页 ：stackY、

    目录

    前言：

    1. 函数重载

    1.1函数重载概念

    1.2C++支持函数重载的原理

    2. 引用

    2.1引用的概念

     2.2引用特性

    2.3常引用

    2.4使用场景

    2.5传值、传引用效率比较

    2.6引用和指针的区别 

    3. 内联函数

    3.1概念

    3.2特性 

    4. auto关键字（C++11）

     4.1auto简介

    4.2auto的使用细则

    4.3auto不能推导的场景

    5. 基于范围的for循环

    5.1范围for语法

    5.2范围for的使用条件

    6. 指针空值nullptr（C++11）

    6.1 C++98中的指针空值

    前言：

    上篇我们对C++的历史以及C++的命名空间，C++关键字，输入、输出，缺省参数进行了了解，那么承接上篇的知识点再来将C++的基础知识了解完毕。

    1. 函数重载

    1.1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（函数返回值不同不能构成重载）。
    代码演示： 
    1. #include 
    2.  
    3. using namespace std;
    4.  
    5. //参数类型不同
    6. int Add(int left, int right)
    7. {
    8. 	cout << "int Add(int left, int right)" << endl;
    9. 	return left + right;
    10. }
    11.  
    12. double Add(double left, double right)
    13. {
    14. 	cout << "double Add(double left, double right)" << endl;
    15. 	return left + right;
    16. }
    17.  
    18. //参数个数不同
    19. void Func()
    20. {
    21. 	cout << "void Func()" << endl;
    22. }
    23.  
    24. void Func(int a)
    25. {
    26. 	cout << "void Func(int a)" << endl;
    27. }
    28.  
    29. //参数类型顺序不同
    30. void Func(int a, char ch)
    31. {
    32. 	cout << "void Func(int a, char ch)" << endl;
    33. }
    34. void Func(char ch, int a)
    35. {
    36. 	cout << "void Func(char ch, int a)" << endl;
    37. }
    38.  
    39. int main()
    40. {
    41. 	Add(1, 2);
    42. 	Add(1.1, 2.2);
    43.  
    44. 	Func();
    45. 	Func(1);
    46. 		
    47. 	Func(1, 'a');
    48. 	Func('a', 1);
    49.  
    50. 	return 0;
    51. }

    1.2C++支持函数重载的原理

    为什么C++支持函数重载，而C语言不支持函数重载？

    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。
    C语言： 
    1. ​
    2. //Test.c
    3.  
    4. #include 
    5.  
    6. void func(int x, int y)
    7. {
    8. 	//...
    9. }
    10.  
    11. void func(double x, double y)
    12. {
    13. 	//...
    14. }
    15.  
    16. int main()
    17. {
    18. 	return 0;
    19. }
    20.  
    21. ​

    C语言会直接将函数名放进符号表，如果两个函数名相同，那么将会无法区分，而C++则采用了函数名修饰规则：

    1. //Test.cpp
    2.  
    3. void func(int x, int y)
    4. {
    5. 	//...
    6. }
    7.  
    8. void func(double x, double y)
    9. {
    10. 	//...
    11. }
    12.  
    13. int main()
    14. {
    15. 	return 0;
    16. }

    每个编译器对于函数名修饰规则都是不同的：VS2019

    在g++下又是一种不同的修饰规则：

    通过上面我们可以看出 gcc 的函数修饰后名字不变。而 g++ 的函数修饰后变成【 _Z+ 函数长度
    + 函数名 + 类型首字母】。
    通过这里就理解了 C 语言没办法支持重载，因为同名函数没办法区分。而 C++ 是通过函数修
    饰规则来区分，只要参数不同，修饰出来的名字就不一样，就支持了重载 。
    如果两个函数函数名和参数是一样的，返回值不同是不构成重载的，因为调用时编译器没办
    法区分。

    2. 引用

    在之前C语言阶段中我们了解到了指针，并且也知道了指针如何使用，那么关于指针还是有些许的难理解，那么在C++中使用的引用这个概念

    2.1引用的概念

    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。

    也就是说给变量起了一个“外号”，叫它的本来的名字可以找到它，叫它的外号也可以找到它。

    使用方法：

    类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；

    1. void Test()
    2. {
    3. 	int a = 10;
    4. 	//定义引用类型
    5. 	int& ra = a;
    6. 	int& rb = ra;
    7. 	
    8. 	//类型需一样
    9. 	//double& rc = rb;
    10.  
    11. 	printf("%p\n", &a);
    12. 	printf("%p\n", &ra);
    13. 	printf("%p\n", &rb);
    14. }
    15.  
    16. int main()
    17. {
    18. 	Test();
    19. 	return 0;
    20. }

    注意：

    引用类型 必须和引用 实体 是 同种类型 的

     2.2引用特性

    1. 引用在 定义时必须初始化 
    1. void Test()
    2. {
    3. 	int a = 10;
    4. 	//定义引用类型
    5.  
    6. 	//int& ra;	//必须初始化
    7. 	int& ra = a;
    8. }

    2. 一个变量可以有多个引用 
    1. void Test()
    2. {
    3. 	int a = 10;
    4.  
    5. 	//定义引用类型
    6. 	int& ra = a;
    7. 	int& rra = a;
    8. 	int& rrra = a;
    9. }

    3. 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体 
    1. void Test()
    2. {
    3. 	int a = 10;
    4. 	int b = 20;
    5.  
    6. 	//定义引用类型
    7. 	int& ra = a;
    8. 	int& rra = a;
    9. 	
    10. 	//int& ra = b;   //不能再引用其他实体
    11. 	int& rb = b;
    12. }

    2.3常引用

    在引用的过程中，权限可以平移、缩小，但是万万不能放大。

    代码演示：

    1. void Test()
    2. {
    3. 	const int a = 10;
    4. 	
    5. 	//权限的放大
    6. 	//int& ra = a;
    7.  
    8. 	
    9. 	//权限平移
    10. 	const int& b = a;
    11.  
    12. 	//权限缩小
    13. 	int c = 20;
    14. 	const int& rc = c;
    15. }

    那么还有一种情况：

    1. void Test()
    2. {
    3. 	const int a = 10;
    4.  
    5. 	int b = a;  //这里是赋值拷贝，修改b并不影响a
    6.  
    7. 	int c = 20;
    8. 	double d = c;  //会发生类型转化
    9.  
    10. 	int x = 10;
    11. 	//double& y = x;   //发生类型转会产生临时变量，而临时变量具有常性，所以权限不能放大
    12. 	const double& y = x;
    13. }

    2.4使用场景

    1. 做参数

    1. // 1.做参数 
    2. void Swap(int& a, int& b)
    3. {
    4. 	int tmp = a;
    5. 	a = b;
    6. 	b = tmp;
    7. }

    2. 做返回值

    1. // 2.做返回值
    2. int& Func()
    3. {
    4.     //静态变量
    5. 	static int n = 0;
    6. 	n++;
    7. 	//......
    8. 	return n;
    9. }

    那么在使用引用做返回值的时候，如果返回的是一个局部变量会发生什么呢？

    下面这段代码的结果是什么呢？

    1. int& Add(int x, int y)
    2. {
    3. 	//局部变量
    4. 	int c = x + y;
    5. 	return c;
    6. }
    7.  
    8. int main()
    9. {
    10. 	int& ret = Add(10, 20);
    11. 	Add(30, 40);
    12. 	cout << "Add(10, 20) = " << ret << endl;
    13. 	cout << "Add(10, 20) = " << ret << endl;
    14. 	return 0;
    15. }

    可以看到当我们使用局部变量的引用作为返回值，也是可以得到我们想要的结果，那么事实真的如此吗？

    在函数中的这个局部变量的生命周期只在这个函数内部，当函数返回局部变量之后，函数栈帧也会跟着销毁，所以这个局部变量的引用其实是一块已经被释放了的空间，这时如果没有人去改变这块空间的内容，那么就还是原来的值，若有人去改变了这块空间的内容，那么就会变为随机值。

    **注意：

    如果函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象还在(还没还给系统)，则可以使用
    引用返回，如果已经还给系统了，则必须使用传值返回。

    2.5传值、传引用效率比较

    以值作为参数或者返回值类型，在传参和返回期间，函数不会直接传递实参或者将变量本身直接返回，而是传递实参或者返回变量的一份临时的拷贝，因此用值作为参数或者返回值类型，效率是非常低下的，尤其是当参数或者返回值类型非常大时，效率就更低。

    2.5.1传址和传引用效率比较

    1. //计算传值和传引用的效率
    2. #include 
    3. struct A { int a[10000]; };
    4. void TestFunc1(A a) {}
    5. void TestFunc2(A& a) {}
    6. void TestRefAndValue()
    7. {
    8. 	A a;
    9. 	// 以值作为函数参数
    10. 	size_t begin1 = clock();
    11. 	for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
    12. 		TestFunc1(a);
    13. 	size_t end1 = clock();
    14. 	// 以引用作为函数参数
    15. 	size_t begin2 = clock();
    16. 	for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
    17. 		TestFunc2(a);
    18. 	size_t end2 = clock();
    19. 	// 分别计算两个函数运行结束后的时间
    20. 	cout << "TestFunc1(A)-time:" << end1 - begin1 << endl;
    21. 	cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;
    22. }

    2.5.2传址返回和传引用返回效率比较

    1. //传值返回和传引用返回比较
    2. #include 
    3. struct A { int a[10000]; };
    4. A a;
    5. // 值返回
    6. A TestFunc1() { return a; }
    7. // 引用返回
    8. A& TestFunc2() { return a; }
    9. void TestReturnByRefOrValue()
    10. {
    11. 	// 以值作为函数的返回值类型
    12. 	size_t begin1 = clock();
    13. 	for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
    14. 		TestFunc1();
    15. 	size_t end1 = clock();
    16. 	// 以引用作为函数的返回值类型
    17. 	size_t begin2 = clock();
    18. 	for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
    19. 		TestFunc2();
    20. 	size_t end2 = clock();
    21. 	// 计算两个函数运算完成之后的时间
    22. 	cout << "TestFunc1 time:" << end1 - begin1 << endl;
    23. 	cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;
    24. }

    总结：

    1. 传引用传参（任何时候都可以使用）

    提高效率，形参的修改影响实参

    2. 传引用返回（出了函数作用域对象还在才可以使用）

    提高效率，修改返回对象

    2.6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。 
    1. int main()
    2. {
    3. 	int a = 10;
    4. 	int& ra = a;
    5. 	cout << "&a = " << &a << endl;
    6. 	cout << "&ra = " << &ra << endl;
    7. 	return 0;
    8. }
    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。 
    1. int main()
    2. {
    3. 	int a = 10;
    4.  
    5. 	//引用
    6. 	int& ra = a;
    7. 	ra = 20;
    8.  
    9. 	//指针
    10. 	int* pa = &a;
    11. 	*pa = 20;
    12.  
    13. 	return 0;
    14. }

    可以看到引用和指针非常相似，在某种程度上来讲他就可以是指针

    可以看一看指针和引用的汇编代码对比：

    引用和指针的不同点:
    1. 引用概念上定义一个变量的别名，指针存储一个变量地址。
    2. 引用 在定义时 必须初始化 ，指针没有要求。
    3. 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。
    4. 没有 NULL 引用 ，但有 NULL 指针。
    5. 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 )。
    6. 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。
    7. 有多级指针，但是没有多级引用。
    8. 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。
    9. 引用比指针使用起来相对更安全。

    3. 内联函数

    在了解内联函数之前我们先要对C语言阶段学习的宏进行复习：

    定义的一个宏常量或者是宏函数会在编译的时候进行展开替换，并且宏不能进行调试也不能实现函数递归（C语言：程序环境和预处理）。

    3.1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。 
    1. int Add(int& x, int& y)
    2. {
    3. 	return x + y;
    4. }
    5.  
    6. int main()
    7. {
    8. 	int ret = 0;
    9. 	ret = Add(10, 20);
    10. 	
    11. 	return 0;
    12. }
    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。
    查看方式：
    1. 在Release模式下，查看编译器生成的汇编代码中是否存在call Add
    2. 在debug模式下，需要对编译器进行设置，否则不会展开(因为Debug模式下，编译器默认不会对代码进行优化，以下给出vs2019的设置方式) 
    1. //内联函数
    2. inline int add(int x, int y)
    3. {
    4. 	return x + y;
    5. }
    6.  
    7. int main()
    8. {
    9. 	int ret = 0;
    10. 	ret = add(1, 2);
    11. 	
    12. 	return 0;
    13. }

    3.2特性 

    1. 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。
    2. 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。
    3. 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。

    总结：

    宏的优点：

    1. 增强代码的复用性。
    2. 提高性能。
    宏的缺点：
    1. 不方便调试宏。（因为预编译阶段进行了替换）
    2. 导致代码可读性差，可维护性差，容易误用。
    3. 没有类型安全的检查 。
    C++有哪些技术替代宏？
    1. 常量定义 换用const   enum
    2. 短小函数定义 换用内联函数

    4. auto关键字（C++11）

    随着学习的不断深入，程序也越来越复杂，我们也可以发现许多程序中用到的类型也是越来越复杂，就比如：

    1. 类型难于拼写
    2. 含义不明确导致容易出错

     4.1auto简介

    在早期C/C++中auto的含义是：使用auto修饰的变量，是具有自动存储器的局部变量，但遗憾的是一直没有得到很好的应用效果。
    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。
    代码演示： 
    1. int TestAuto()
    2. {
    3. 	return 10;
    4. }
    5.  
    6. int main()
    7. {
    8. 	int a = 10;
    9.  
    10. 	auto ra = a;
    11.  
    12. 	auto ch = 'a';
    13.  
    14. 	auto b = TestAuto();
    15.  
    16. 	//无法通过编译，使用auto定义变量时必须对其进行初始化
    17. 	//auto c;
    18.  
    19. 	cout << typeid(ra).name() << endl;
    20. 	cout << typeid(ch).name() << endl;
    21. 	cout << typeid(b).name() << endl;
    22. 	return 0;
    23. }
    【注意】
    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 。

    4.2auto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 & 
    1. int main()
    2. {
    3. 	int x = 10;
    4.  
    5. 	auto a = &x;
    6. 	auto* b = &x;
    7.  
    8. 	//声明引用必须加上&
    9. 	auto& c = x;
    10.  
    11. 	cout << typeid(a).name() << endl;
    12. 	cout << typeid(b).name() << endl;
    13. 	cout << typeid(c).name() << endl;
    14.  
    15. 	*a = 20;
    16. 	*b = 30;
    17. 	c = 40;
    18.  
    19. 	return 0;
    20. }
    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 。 
    1. void TestAuto()
    2. {
    3. 	auto a = 1, b = 2;
    4. 	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
    5. }

    4.3auto不能推导的场景

    1. auto不能用于函数的参数

    1. //无法推导出auto代表什么类型
    2. void TestAuto(auto a)
    3. {
    4.     //...
    5. }

    2. auto不能直接用来声明数组

    1. void TestAuto()
    2. {
    3.     int a[] = {1,2,3};
    4.     //不能直接声明数组
    5.     auto b[] = {4，5，6};
    6. }
    3. 为了避免与C++98中的auto发生混淆，C++11只保留了auto作为类型指示符的用法。

    5. 基于范围的for循环

    5.1范围for语法

    在C++98中要遍历数组并且让他们变为原来的2倍：

    1. void TestFor()
    2. {
    3. 	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    4.  
    5. 	for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
    6. 	{
    7. 		array[i] *= 2;
    8. 	}
    9. 		
    10. 	for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
    11. 	{
    12. 		cout << array[i] << " ";
    13. 	}
    14. }
    15.  
    16. int main()
    17. {
    18. 	TestFor();
    19. 	return 0;
    20. }
    对于一个有范围的集合而言，由程序员来说明循环的范围是多余的，有时候还会容易犯错误。因此C++11中引入了基于范围的for循环。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。
    改善代码： 
    1. void TestForAuto()
    2. {
    3. 	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    4.  
    5. 	for (auto& x : array)
    6. 	{
    7. 		x *= 2;
    8. 	}
    9.  
    10. 	for (auto e : array)
    11. 	{
    12. 		cout << e << " ";
    13. 	}
    14. }

    范围for：依次取array中的元素然后赋值给e，并且自动判断结束，自动迭代。

    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 。

    5.2范围for的使用条件

    1. 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。 
    1. void TestFor1(int array[])
    2. {
    3. 	//没有给出确定的范围
    4. 	for (auto& e : array)
    5. 		cout << e << endl;
    6. }
    2. 迭代的对象要实现++和==的操作（后续了解）。

    6. 指针空值nullptr（C++11）

    6.1 C++98中的指针空值

    在良好的C/C++编程习惯中，声明一个变量时最好给该变量一个合适的初始值，否则可能会出现不可预料的错误，比如：未初始化的指针。
    如果一个指针没有合法的指向，我们基本都是按照如下方式对其进行初始化： 
    1. void TestPtr()
    2. {
    3.     int* p1 = NULL;
    4.     int* p2 = 0;
    5.     // ……
    6. }

    那么这个NULL到底是一个什么呢？

    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： 
    1. #ifndef NULL
    2. #ifdef __cplusplus
    3. #define NULL   0
    4. #else
    5. #define NULL   ((void *)0)
    6. #endif
    7. #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。但是无论是哪种方法都会有些许的问题： 
    1. void f(int)
    2. {
    3. 	cout << "f(int)" << endl;
    4. }
    5.  
    6. void f(int*)
    7. {
    8. 	cout << "f(int*)" << endl;
    9. }
    10.  
    11. int main()
    12. {
    13. 	f(0);
    14. 	f(NULL);
    15. 	f((int*)NULL);
    16. 	return 0;
    17. }

    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。
    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，在表示指针空值时建议最好使用nullptr。

    朋友们、伙计们，美好的时光总是短暂的，我们本期的的分享就到此结束，最后看完别忘了留下你们弥足珍贵的三连喔，感谢大家的支持！  

  • 相关阅读:
    2基于matlab的卡尔曼滤波，可更改 状态转移方程， 控制输入，观测方程，设置生成的信号的噪声标准差，设置状态转移方差Q和观测方差R等参数，程序已调通。
    MySQL 和 MariaDB 版本管理的历史背景及差异
    如何创建Maven项目
    ThingsBoard Iot gatway Modbus 连接器配置 第一部分
    【面试】——Java面试重难点剖析
    企业如何搭建自己的知识库？
    公司缺人自己搞了vue又搞koa，熬夜把架子搭起来
    在 Android 10 中访问/proc/net/route权限被拒绝
    万物互联时代，谷歌、亚马逊Alexa、homekit该如何选择？
    小程序中如何使用自定义组件应用及搭建个人中心布局
  • 原文地址：https://blog.csdn.net/Yikefore/article/details/133324453