从C语言向C++过渡

前言

C++被成为带类的C,本文由C语言向C++过度，将会初步介绍C++中为补充C语言语法的不足所产生的特有的功能。为以后深入学习C++打基础。

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1.命名空间

1.域的概念

我们知道在C语言中有两个熟知的作用域分别全局域和局部域。C++中引入了一个特别的符号，作用域限定符：：。

我们知道当一个变量被重复定义时，优先使用局部变量。我们看到一个a打印出来就是20，第二个a使用了作用域限定符：：，左边为空表示会在全局查找，所以第二个打印结果是10。如果此时去掉全局的int a=10，程序就会报错。

C++引入了一个关键字namespace命名空间。这个关键字有什么用呢？我们来看一段代码。

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在上述代码中我们的链表节点和队列节点命名是一样的，在运行的时候就会报错类型重定义，在C语言中如果出现了这样的情况只能改名字。但是C++中引入命名空间，namespace就是给命名空间命名的。

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。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。命名空间只会改变命名空间中成员的作用域，而不影响生命周期。

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2.命名空间的使用

• 1.使用：：单个展开
  

命名空间 :: 命名空间中的成员

单个展开比较麻烦，相当于是用一次展开一次。

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• 2.部分展开

上述中单个展开用一次展开一次比较麻烦，可以针对命名空间比较常用的成员全部展开。

using 命名空间 :: 空间成员

• 3.全部展开

关于全局展开，一旦展开后命名空间后该空间中的所有成员的限制都会失效，就相当于该命名空间不存在了。

using namespace 命令空间   //该命令空间就全部展开了

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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,但空间内部成员的生命周期是不受影响的。在实际开发中一般都是部分展开或者每次单个展开，但是在平时学习中嫌麻烦可以全部展开，就比如经常对std这个命名空间全部展开。

补充一点命名空间是可以嵌套使用的

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2.C++输入&输出

使用cin和cout进行输入输出，和C语言中的printf和scanf一样，cin和cout是C++提供的输入输出库函数。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。官方将cin和cout都封装在std这个命名空间中 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。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，后续将会介绍，这里我们先学会简单的使用即可。

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注意：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，后来将其实现在std命名空间下，为了和C头文件区分，也为了正确使用命名空间，规定C++头文件不带.h

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3.缺省参数

1.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。

通过上图我们可以看出当我们没有传参时，f使用的是给定的缺省参数

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2.分类

• 1.全缺省参数

全缺省参数就是给每个函数的形参设定缺省值

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• 2.半缺省参数

半缺省就是函数部分形参设定了缺省值

图中只有c给了缺省值，这就是半缺省

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3.注意事项

我们在给函数形参缺省值的时候只能从右往左连续给，全缺省函数传参时只能从从左往右依次传参，不能跳跃。

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缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现,函数声明的写缺省值即可。缺省值必须是常量或者全局变量.

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4.函数重载

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
  

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• 2.、参数个数不同
  *

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• 3参数类型顺序不同

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仅仅是返回值不同是不构成函数重载的。

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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。在链接阶段，我们可以知道，会进行符号汇总函数地址也会被链接在一起。不同编译器在链接时对函数地址修饰规则都不一样，一般来说Linux中C语言的函数地址就是函数名，C++的函数地址是函数名和函数形参的组和。

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。

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5.引用

1.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。引用的符号和取地址的符号是一样的都是&。

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类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；引用类型必须和引用实体是同种类型的.
我们看到a和b地址是一样的打印a和b也是相等的，引用就相当于给别人起绰号。多个名字指向的都是同一个人。引用就是给变量起别名。

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2.使用注意事项

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，再不能引用其他实体
4.引用也可以嵌套使用，可以给引用使用引用

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还要补充一点，引用变量的权限不能超过引用实体。

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再来看一个例子

b引用没问题，c引用有问题这是为啥呢？a是int类型引用类型是double，两个不同类型的变量再转化的时候其实会产生一个临时变量，这个临时变量是double类型原来赋值，这个临时变量是具有常性的，只能被读，所以c引用时放大了权限，所以就有问题。

对于引用变量来说权限不能被放大只能被缩小

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3.引用使用场景

• 1.作为函数参数

我们在用C语言写交换换函数时是用变量地址传参，因为形参是实参的一份临时拷贝，只有传地址才能改变实参的值。C++中的引用作为参数就不用传地址了。

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需要改变实参的时候就可以考虑使用引用作为形参。

• 2.做返回值

关于做返回值，这里要提一点函数栈帧的知识了。

这里大概简单的了解了函数返回值

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我们来看这样的一段代码

为啥会出现这样的现象呢？我们使用引用作为Add的返回值类型，所以返回的就是n,我们之前说过函数调用完成会销毁栈帧，n应该被销毁了才对，为啥还能返回7呢？首先这里的的销毁不是说这片空间消失不见了，只是说这块空间原来被系统分配给了Add函数使用，现在被系统收回使用权，块空间不再给Add函数使用了，因为这块空间目前还未被使用所以说这块空间可能没有被写入数据，所以返回的依然是7。当我们使用cout打印的时候原来函数栈帧空间可能被系统写入新的数据，这样第二次打印的时候就出现了随机值。访问这样的空间是非法的，所以在使用引用作为返回值的时候如果函数返回时，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。

比如这种，就可以用引用作为返回值。同时也会减少不必要的性能消耗，因为没有进行临时拷贝

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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。

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4.指针和引用的区别

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。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. 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.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
8.有多级指针，但是没有多级引用.引用比指针使用起来相对更安全

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6.内联函数

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。c++之所以出现内联函数，是因为C语言中的宏的不太好用。宏有以下的缺点：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 。但是对于一些功能比较简单且单一的函数来说，使用宏实现不用建立函数栈帧，可以提高性能，这是它最大的优点。因此为了避免使用宏但是又不影响程序性能，就产生了内联函数。

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。

内联函数是一种以空间换时间的方法，会使得程序体积变大。内涵函数只是向编译器发送的一个请求，如果函数代码量过大编译器可以忽略掉这个请求。

除此之外C++常用：const enum来替换宏，尽量少使用宏。

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7.auto关键字

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.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.auto用来推导变量类型。

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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。

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auto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&.

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2.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

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3.auto不能作为函数的参数，auto不能直接用来声明数组

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补充知识 ：auto遍历数组和auto给数组赋值

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8.nullptr

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。一个指针没有合法的指向一般都是赋值为空。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：

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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。

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。因此C++中引入了一个关键字nullptr,在使用nullptr表示指针空值时，不需要包含头文件.在C++11中,sizeof(nullptr) 与 sizeof((void*)0)所占的字节数相同。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。

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以上内容如有问题，欢迎指正!