C++初阶2

目录

一，auto关键字

1-1，auto的使用

1-2，基于范围auto的for循环

二，nullptr的运用

三，C++类的初步学习

3-1，类的引用

3-2，类的访问权限

3-3，类的使用

1，类中函数的定义

2，类中对象的使用

3-4，类对象模型

1，类对象的存储方式

2，类的大小

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一，auto关键字

开门介绍：

        在C++准有规定中，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声明的变量是由编译器在编译时期推导而得。具体简单运用如下：

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    int a = 0;
    int b = a;
    auto c = a;
    auto d = &a;
    auto* e = &a;
    //typeid是输出指定数据的类型
    cout << typeid(c).name() << endl;
    cout << typeid(d).name() << endl;
    cout << typeid(e).name() << endl;
    return 0;
}

运行图：

        可看出，auto可用来存储任意类型，像上面说的，它是一种类型提示符，提示系统声明的变量属于什么类型。

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1-1，auto的使用

        auto的使用其实不是向上面一样，auto在C++中真正的用武之地在于后面学习的复杂结构中，如C++中迭代器的使用，容器的运用等，比如vector<string>::iterator it = v.begin();结构很复杂，使用auto可直接优化为auto it = v.begin()。(这里只是演示，我们只需明白auto的用法即可，具体深入使用后面的文章会具体讲解)。

        auto的使用有着以下注意要素：

        1，auto的使用必须初始化。auto是用来简化类型的，系统在编译阶段需要根据auto表达式来推导出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。

        2，当用auto声明指针类型时，auto和auto*没有任何区别，但用auto声明引用类型时则必须 加&。因为引用的本质就是指定数据的"别名"，类型与之相同，如果不加&，系统将不知是否使用引用引用型，而指针类型是"独特的"，系统可以区分。

        3，auto可以在同一行定义多个变量，但是这些变量必须是相同的类型，否则编译器将会报错，因为编译器在编译阶段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。

        4，auto不支持函数的形参使用和函数的返回值使用，原因是当系统遍历到此函数的形参auto型时，相当于没有初始化一样，而一旦做返回值使用，将会出现很多麻烦。(这里与C++内部的复杂构造有关，在这里就不做过多说明)。

1-2，基于范围auto的for循环

        在C++11标准介绍中，考虑到了for循环使用的麻烦，所以C++11中就引入了基于范围的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，具体的细节和解说请看以下代码。初学者可能有些听不懂迭代的感念，不过本文这里不做重点，这里我们只需明白下面代码如何用auto使用即可，具体的知识后文会讲解，这里只是为后面打基础。

void TestFor()
{
    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    //依次取数组中的所有数据赋值给别名e
    //自动判断结束，自动++往后面走
    //由于引用的使用，下面的for循环相当与将数组中所有元素的乘2
    for (auto& e : array)
        e *= 2;
    //依次输出数据2 4 6 8 10
    for (auto e : array)
        cout << e << " ";
}

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二，nullptr的运用

        nullptr相当于C语言中的NULL，C++专门制定此关键字也是为了弥补C中NULL的不足。C语言中的NULL其实是一个宏，直接将其定义为0，但这样以来都会产生一些不避免的麻烦，因为在C++98标准规定中，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，而nullptr的使用完美的解决了这一问题，所以，在后序的置空运用中，我们需改用nullptr。

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三，C++类的初步学习

        在讲解类之前我们先要明白C++与C基础区别。C语言是面向过程语言，关注的是过程，分析出求解问题的步骤，需要通过函数调用逐步解决问题，而C++是基于面向对象的，关注的是对象，将一件事情拆分成不同的对象，靠对象之间的交互完成，我们平常设定的常量和变量就是对象。

3-1，类的引用

        C++中的类可认为C中的结构体，与之不同的是C语言结构体中只能定义变量，在C++中，结构体内不仅可以定义变量，也可以定义函数。需注意的是，在类中定义的函数默认是inline，但会不会当初内联函数，还需看编译器，跟inline的原理一样。

struct Stack {
    //变量的定义
    int* a;
    int top;
    int capacity;
    //函数的定义
    void StackPush(Stack* S, int x) {
        if (S->top == S->capacity - 1) {
            S->capacity = S->capacity == 0 ? 4 : S->capacity * 2;
            S->a = (int*)realloc(S->a, sizeof(int) * S->capacity);
        }
        S->a[++S->top] = x;
    }
    void StackPop(Stack* S) {
        if (S->top < 0) {
            return;
        }
        S->top--;
    }
};

        其中，C++兼容了C语言的几乎所有用法，同时，将结构体升级为类，类的类名就是类型，如上述代码中Stack就是一整个类型，只需在定义时加上struct，在运用时不需要加struct。如下：

int main() {
    //定义stack1和stack2两个类
    Stack stack1;
    Stack stack2;
    return 0;
}

        上面结构体的定义，在C++中常用class来代替，效果都是一样的。如将struct Stack{};换成class Stack{}，class与struct之间也有不同之处，具体不同下面和以后的文章会详细讲解。

3-2，类的访问权限

        类的权限是用于管理类是否可以被外部访问。C++用类将不同对象的属性与方法结合在一块，通过访问权限选择性的将其提供给外部的用户使用。类的权限类型和注意要素如下图：

        这里要注意的是class与struct的不同之处，不光是在权限上，在继承和模板参数列表位置，struct和class也有区别，本文只是初步介绍类，在此不作过多讲解，后面的文章将会详细介绍。

权限的运用代码;

struct Stack {
private://以下的变量对象设置私有权限，只能在类中使用
    int* a;
    int top;
    int capacity;
public://以下的函数定义设置为公有权限，可以在类Stack外部使用
    void StackPush(Stack* S, int x) {
        if (S->top == S->capacity - 1) {
            S->capacity = S->capacity == 0 ? 4 : S->capacity * 2;
            S->a = (int*)realloc(S->a, sizeof(int) * S->capacity);
        }
        S->a[++S->top] = x;
    }
    void StackPop(Stack* S) {
        if (S->top < 0) {
            return;
        }
        S->top--;
    }
};

3-3，类的使用

1，类中函数的定义

        C++的类中，由于函数都自带inline，所以常常将内部大的函数只声明，在外部定义，把内部小的函数直接定义，系统将自动识别为内联函数。当在外部定义类中的函数时，需要运用域的限定符"::"，因为类其实是定义了一个新的作用域，类的所有成员都在类的作用域中，在类体外定义成员时，需要使用"::"作用域操作符指明成员属于哪个类域。不光是类，只要运用了"{}"大括号，其实都是一个作用域。样例代码如下：

class Person
{
public:
    void Student(char* name1, char* gender1, int age1);
private:
    char name[20];
    char gender[3];
    int  age;
};
//这里需要指定Student是属于Person这个类域的函数实现
void Person::Student(char* name1, char* gender1, int age1)
{
    strcpy(name, name1);
    strcpy(gender,gender1);
    age = age1;
    //输出Person中的变量，因为此函数就是调用Person类中的函数，使用时可直接认为在类中使用
    cout << name << " " << gender << " " << age << endl;
}

2，类中对象的使用

        类中对象的使用跟类中函数定义不一样，之前说过，类如同C中结构体一般，当使用类时就相当于使用结构体，因此，用法也自然跟结构体一样，唯一要注意的是使用哪个对象时一定要把对象的权限设为public，即公有的。代码如下：

#include <iostream>
using namespace std;
class Person
{
public:
    void Student(char* name1, char* gender1, int age1);
    char name[20];
    char gender[3];
    int  age;
};
void Person::Student(char* name1, char* gender1, int age1)
{
    strcpy(name, name1);
    strcpy(gender,gender1);
    age = age1;
    cout << name << " " << gender << " " << age << endl;
}
int main() {

    //定义类a1
    Person a1;
    strcpy(a1.name, "张三");
    strcpy(a1.gender, "45");
    a1.age = 15;
    a1.Student(a1.name, a1.gender, a1.age);
    return 0;
}

3-4，类对象模型

1，类对象的存储方式

        类存储的规则是这样的，类中的变量是存储在类中，但类中的函数没有存储在类中，而是存放在专门的类成员函数表中。如图：

2，类的大小

        上面我们说过类的存储方式，那么一个类的大小，实际就是该类中”成员变量”之和，要注意的是内存对齐情况和空类的大小，空类比较特殊，编译器给了空类一个字节来唯一标识这个类的对象。(内存对齐在之前C语言中结构体存储的那章博客上就有详细说明，在这里我们做简单的介绍，若有不明白的可观看本人之前的那章博客)。

内存对齐规则：

        1，第一个成员在与结构体偏移量为0的地址处。

        2，其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。 注意：对齐数 = 编译器默认的一个对齐数与该成员大小的较小值。VS中默认的对齐数为8。

        3，结构体总大小为：最大对齐数（所有变量类型最大者与默认对齐参数取最小）的整数倍。

        4，如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。

演练代码如下：

#include <iostream>
using namespace std;
class Person
{
public:
    void Student(char* name1, char* gender1, int age1);
    char name[20];
    int  age;
    char gender[3];
};
class Person1
{};
int main() {
    Person a1;
    Person1 a2;
    cout << sizeof(a1) << endl;//输出28
    cout << sizeof(a2) << endl;//输出1
    return 0;
}