人生中第一个C++程序

#include<iostream>
int main()
{
	std::cout << "hello world!" << std::endl;
	return 0;
}

1.C++关键字

根据（C++98）标准，C++总计63个关键字，C语言32个关键字。

Mirosoft visual stdio 2022标识：

2.命名空间

在C/C++中，变量，函数和类都是大量存在的，变量，函数，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：对表示的名称进行本地化。以避免命名冲突或名字污染。

关键字：namespace

关于命名冲突举例：

了解C语言都清楚malloc用于向计算机申请空间的函数。

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

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

 

 当包含malloc所在的头文件时，原先的代码直接报错，如果是因为变量命名冲突导致报错，那就非常的搞人心态了。

C++贴心的使用命名空间搞掉了这个问题。

2.1命名空间定义

定义命名空间，需要使用关键字namespace，后面跟命名空间的名字，然后跟上一对{}，{}中即为命名空间的成员。

举个栗子：

#include<iostream>
//普通的命名空间
namespace T1//以T1作为命名空间的名字
{
	//内容中可以定义 变量，函数，结构体
	char a;
	void test()
	{
		printf("hello world\n");
	}
	struct ListNode
	{
		int val;
		struct ListNode* next;
	};
}

//进阶
//命名空间就像是一个“大函数”，函数能够嵌套，那么命名空间也能嵌套
namespace T2
{
	char q;
	namespace T3
	{
		int val;
	}
}

//同一个工程中可存在多个名称相同的命名空间，编译器在链接时会将其自动合并
namespace T1
{
	int num;
	double e;
}

 

在namespace中定义的变量，函数，结构体等内容的作用域都将受限在干该命名空间中。

注意：在同一个域中，不能有同名变量。

2.2命名空间的使用

创建了命名空间，解决了可能存在的命名冲突问题，那么该怎么使用这些定义的变量。上文提及过，定义的所用内容的作用域都将受限于其命名空间中，所以直接在其他函数内是无法被使用的。

C++提供了操作符：作用域限定操作符::

1.加命名空间名称及作用域操作符

这就是老实人手动访问

2.使用using将命名空间中成员引入

 

这里是只把T1中的test函数放出来。

3.使用using namespace 命名空间名称引入

这里是将T1中定义的东西全部释放出来。

所以可以解决之前的疑问：为啥要在文件中加using namespace std;

如果不加呢？

可知，cout 和 endl 是包含在C++标准库中的，而且这个库还是一个单独

的命名空间。

在某些情况下，将库完全放出来会出现命名污染的情况，需要注意。

不将标准库中的所有放出来，可以考虑使 1 用和 2.

 

 

 

3.C++输入和输出

针对人生第一个C++程序，hello world的说明：

• 使用cout标准输出（控制台）和cin标准输入（键盘）时，必须包含<iostream>头文件以及std标准命名空间。
• 使用C++输入输出更方便，不需要加数据格式化控制。

4.缺省参数

有个备胎，走在路上都安心了好多（doge）

C++中的函数参数也是可以有备胎的。

4.1缺省函数的概念

缺省函数是生命或者定义函数时为函数的参数指定一个默认值。在调用该函数时，如果没有指定实参则

采用默认值，否则使用指定的实参。

举例子：

 
void test(int i = 1)
{
	cout << i << endl;
}
 
int main()
{
	test();
	test(20);
	return 0;
}

 

 可见：没有传参时，使用参数为默认值，传参时，使用指定的实参。

4.2缺省参数分类

• 全缺省参数

  void fun(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
  {
  	cout << "a = " << a << endl;
  	cout << "b = " << b << endl;
  	cout << "c = " << c << endl;
  }
  int main()
  {
  	fun();
  	return 0;
  }
  

  

• 半缺省参数

  void fun(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
  {
  	cout << "a = " << a << endl;
  	cout << "b = " << b << endl;
  	cout << "c = " << c << endl;
  }
  int main()
  {
  	fun(1,2);
  	return 0;
  }
  

  

   

  可知：这是一种部位，且这种部位是顺序的，即无法规定传递的实参2由c来接受。

  注意：

  1.版缺省参数必须从右往左依次来给出，不能间隔着。

  2.缺省参数不能再函数声明和定义中同时出现。

  3.缺省值必须是常量或者全局变量。

  4.C语言不支持

5.函数重载

5.1概念

函数重载：函数的一个特殊情况，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/类型/顺序）必须不同，常用来处理实现功能类似数据类型不同的问题。

举个栗子：

int Add(int a, int b)
{
	return a + b;
}
 
double Add(double a, int b)
{
	return a + b;
}
 
int main()
{
	Add(1, 2);
	Add(1.6, 2);
	cout << "Add(1,2) = " << Add(1, 2) << endl;
	cout << "Add(1.6,2) = " << Add(1.6, 2) << endl;
	return 0;
}

 

这里可以看到：虽然调用了“相同的函数接口”，但是实际上调用的函数接口是不同的。

构成函数重载的关键：

参数个数，类型，顺序中的至少一个即可。

6.引用

6.1引用概念

引用不是新定义一个变量，而是给已存在的变量取了一个别名，编译器不会为引用的变量开辟内存空间，

它和它引用的变量共用一块内存空间。

比如：《西游记》里的猴子，敬称“齐天大圣”，法号“悟空”。指的都是同一人。

类型& 引用变量名（对象名）= 引用实体；

举个例子：

int main()
{
	int a = 10;
	int& b = a;
	cout << "a = " << a<< endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "a: " << &a << endl;
	cout << "b: " << &b << endl;
	b = 20;
	cout << "a = " << a << endl;
	return 0;
}

 

由此可以判定：引用并不是一种赋值操作，而是一种绑定操作。

6.2引用特性

1.引用在定义时必须初始化。

2.一个变量可以有多个引用。

3.引用一旦引用一个实体，就不能再引用其它实体。

int main()
{
    int a = 10;
    //int& b;//会报错
    int& c = a;
    int& d = c;
    printf("%p\n%p\n%p\n",&a,&c,&d);
    return 0;
}

 

6.3常引用

引用针对变量有一套语法，那对于常量语法还能使用吗？

答案是不能。

int main()
{
	int a = 10;
	int& b = a;
	//那要直接给常量10取别名，而不是对变量a取别名。
	//int& c = 10;//报错
	//为什么？
	//常量10只能读不能写，那直接引用会将其权限扩大，是不被允许的。
	const int& c = 10;
	const int& d = a;
	return 0;
}

加上const 可以解决问题，那对于变量引用能否使用const修饰？

答案是可以的。

可以得知：

取别名原则：对原引用变量，权限（读写权限）只能缩小，不能放大。

再看一组代码:

int main()
{
	double a = 1.6;
	//int& b = a; //类型不一样，会报错。
	const int& b = a;//不会报错
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
 
}

 

 

但是其中的机制又是什么？

a为浮点型，b为整形，之间的转换涉及类型转换，会生成一个临时变量存放在寄存器中。

我们引用的b实际上是那个临时变量的。

验证：

可见虽然b是a的引用，但是地址是不同的。

这里也可以得知：临时变量是具有常性的。

6.4使用场景

1.做参数

使用引用可以规避指针问题

初始C语言时：写过交换函数

void Swap(int a, int b)
{
	int tmp = a;
	a = b;
	b = tmp;
}
int main()
{
	int a = 1, b = 2;
	Swap(a ,b);
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	return 0;
}

这个写法是错误的

交换了临时变量但实参却没有解决。但引用就可以完美解决。

void Swap(int& a, int& b)
{
	int tmp = a;
	a = b;
	b = tmp;
}
int main()
{
	int a = 1, b = 2;
	Swap(a ,b);
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	return 0;
}

 

2.做返回值

函数返回值在出了作用域时，会销毁栈帧，原先的返回值会放在寄存器中（拷贝）

最后才会将结果赋值给你所创建在调用函数接口的变量中（拷贝）

int& f()
{
	static int a = 0;
	a++;
	return a;
}
int main()
{
	int b = f();
	return 0;
}

传值返回：会出现一个拷贝。

传引用返回：没有这个拷贝了，函数返回的直接就是返回变量的别名。

这似乎能提高计算机的速度，但是有一个致命的问题，引用的原对象必须

”活着“，否则这个引用就会越界访问，是违法的。

这里使用了static将a放进了静态区，生命周期为整个程序的生命周期，当然不会出现越界访问。

体验临时变量生命周期结束的情况：

int& Add(int a, int b)
{
	int c = 0;
	c = a + b;
	return c;
}
int main()
{
	int& ret = Add(1, 2);//ret为c的别名
	Add(3, 4);//再次调用函数，返回是被修改的c
	cout << "Add(1,2) : " << ret << endl;//第一次打印
	cout << "Add(1,2) : " << ret << endl;//第二次打印时，原先的c的栈帧已被销毁。
	cout << "Add(1,2) : " << ret << endl;//同第二次
	return 0;
}

 

所以：如果函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象还未交还给系统，则可以使用引用返回，

如果已经返回给系统里，那就必须使用传值返回。

6.5针对值，指针和引用最返回值类型在性能上的比较

#include<time.h>
typedef struct Test
{
	int Arr[100000];
}ST;
ST st;
ST test1()
{
	return st;
}
ST& test2()
{
	return st;
}
ST* test3()
{
	return &st;
}
int main()
{
	//值返回
	size_t begin1 = clock();
	for (int i = 0; i < 10000; i++)
	{
		test1();
	}
	size_t end1 = clock();
 
	//引用返回
	size_t begin2 = clock();
	for (int i = 0; i < 10000; i++)
	{
		test2();
	}
	size_t end2 = clock();
 
	//指针返回
	size_t begin3 = clock();
	for (int i = 0; i < 10000; i++)
	{
		test3();
	}
	size_t end3 = clock();
 
	cout << "值返回：" << end1 - begin1 << endl;
	cout << "引用返回：" << end2 - begin2 << endl;
	cout << "指针返回：" << end3 - begin3 << endl;
	return 0;
}

 

通过上述比较，可知指针返回和引用返回的效率差不多，值返回效率最差。

6.6引用和指针的区别

引用：在概念上引用只是原变量的一个别名，没有独立的空间，和引用实体公用同一块空间。

指针：要开辟空间，为4/8字节。

而底层实现上，引用是有空间的，因为引用是按照指针的方式实现的。

查看引用和指针的汇编代码

7.内联函数

7.1概念

以inline修饰的函数叫做内联函数，编译时C++编译器会在掉哦用内联函数的地方展开。

没有函数压栈的一系列消耗，内联函数可极大的提高效率。

根据内联函数的基本概念，可知其与C语言中的宏有相似之处。

对比C语言和C++内联函数

宏定义Add函数
#define ADD(X,Y) ((X) + (Y))
 
int main()
{
	ADD(1, 2);
	cout << ADD(1, 2) << endl;
	return 0;
}
int main()
{
	int ret = ADD(1, 2);
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

//内联函数
inline int ADD(int x, int y)
{
	return x + y;
}
int main()
{
	int ret = ADD(1, 2);
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

 

7.2特性

1.inline是一种以空间换时间的做法，省去函数调用栈帧的开销。所以代码很长或者有循环/递归的函数不适合作为内联函数。

2.inline对于编译器是一种建议，所以如果定义为inline的函数体内有循环/递归等，编译器优化时会忽略内联。

3.inline不推荐声明和定义分离，分离会导致连接错误。因为inline被展开就没有函数地址了，链接时就会报错。

C++推出内联函数是为了解决C语言宏的晦涩难懂，容易出错，不方便调试的缺点。

优点：满足C语言宏的所有优点，

内联的写法与普通函数完全相同，极大的减少了编写的工程量。

【面试题】

宏的优缺点？

C++针对C语言宏的优化替代？

1.常量定义 换用const

2.函数定义 换用内联函数

8.auto关键字

8.1auto简介

在C/C++赋予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，但随着编译器的优化

auto似乎没再出现过。

C++11中，auto被赋予了全新的含义：auto不再是一个储存类型的指示符，而是作为一个新的

类型的指示符来指示编译器，auto生命的变量必须由编译器在编译时期推导而得。

int main()
{
	int a = 10;
	auto b = a;//int 
	auto c = 'a';//char
	auto d = &a;//int*
	auto* e = &a;//int*
	auto& f = a;//int
	//typeid(a).name();用于查看变量类型
	cout << typeid(a).name() << endl;
	cout << typeid(b).name() << endl;
	cout << typeid(c).name() << endl;
	cout << typeid(d).name() << endl;
	cout << typeid(e).name() << endl;
	cout << typeid(f).name() << endl;
	//d = 20;
	return 0;
}

 

注意： auto g；非法，g的类型无法被识别。

【注意】使用auto定义变量时必须对其进行初始化，在编译阶段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，

编译器在预编译期将auto替换为变量实际的类型。

那auto是否可以作为缺省参数进行传参？

void AutoTest(auto a = 10)
{}
int main()
{
	AutoTest();
	return 0;
}

答案是不允许的。

8.2auto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或auto*没有任何区别，但用auto声明引用变量时必须加&

int main()
{
	int a = 10;
	auto b = &a;
	auto* c = &a;
	auto& x = a;
	cout << typeid(b).name() << endl;
	cout << typeid(c).name() << endl;
	cout << typeid(x).name() << endl;
	return 0;
}

 

2.在同一行定义多个变量

在同一行声明多个变量时，这些变量必须是相同的类型，否则编译器会报错。

原因：编译器实际只会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。

测试：

void AutoTest()
{
	auto a = 10, b = 20;
	auto c = 10.0, d = 20;
}
int main()
{
	AutoTest();
	return 0;
}

 

8.3auto不能推导的场景

• auto不能作为函数参数
• auto不能用来声明数组
• C++11只保留了auto作为类型指示符的用法
• auto最常用的是配合范围for循环，和lambda表达式配合使用。

9.基于范围的for循环（C++11）

9.1范围for的语法

以遍历数组为例：

C++98语法规则遍历

int main()
{
	int a[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };
	for (int i = 0; i < sizeof(a)/sizeof(int); i++)
	{
		cout << a[i] << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

C++11语法规则范围for遍历

int main()
{
	int a[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };
	for (auto e : a)//范围for （auto 变量 : 数组名}
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

 对于一个有范围的集合而言，使用范围for时比较优的选择。

for循环后的括号由冒号”：“分为两部分：一部分时范围内用于迭代的变量，

第二部分则表示被迭代的范围。

注意：与普通循环类似，可以用continue来结束本次循环，也可以应break跳出整个循环。

9.2范围for的使用条件

1.for循环的迭代的范围必须是确定的。

对数组而言，就是数组中第一个元素和最后一个元素的范围；

对类而言，提供begin和end的范围，begin和end就是for循环迭代的范围。

错误示范：

void ForTest(int a[])
{
	for (auto e : a)
	{
		cout << e << " " << endl;
	}
	cout << endl;
}
int main()
{
	int a[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };
	ForTest(a);
 return 0;
}

 

原因：数组传参传递的是首元素地址，没有直接可确定的范围，自然范围for就是错误的。

2.迭代器的对象实现++和==的操作。

10.指针空值nullptr（C++11）

10.1C++98中的指针空值

在C++98中可以这样定义空指针

NULL实际上是一个宏，包含在C头文件（stddef.h）中，转到定义可知：

NULL可能被定义为字面常量0或者被定义为（void*）常量，但这可能会出现指代不明的情况。

void NULLTest(int)//字面常量
{
	cout << "int" << endl;
}
void NULLTest(int*)//（void*）常量
{
	cout << "int*" << endl;
}
int main()
{
	NULLTest(0);//~int
	NULLTest(NULL);//希望调用int*
	NULLTest((int*)NULL);//~~int*
	NULLTest(nullptr);
	return 0;
}

 

可以看到，事与愿违，NULL调用的是int类型的字面常量。

在C++98中，字面常量既可以是一个整型数字，也可以是个无类型的指针（void*）常量，

编译器默认情况下将其看成一个整型常量，如果要按照指针的方式来使用，必须对其使用

强转。

C++11推出了新的nullptr来替代原有的NULL/0.

注意：

1.在使用nullptr表示指针为空时，不与要包含头文件，因为nullptr在C++11版本下是关键字。

2.在C++中，sizeof（nullptr）与sizeof（（void*））所占字节相同。

3.为了提高代码的健壮性，nullptr在c++中可以完全替代NULL/0.

如有错误，还请大佬指出！！