C++入门知识【超详解】

1.认识C++

hello world

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

C++关键字

C语言32个关键字，而C++总计63个关键字

2.命名空间

对于上述问题，即是C语言常见的命名冲突问题，C++中用命名空间来解决

命名空间是域

变量查找规则：先在局部找，再全局找

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

默认查找规则：先在局部找，再全局找

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
namespace A {int rand = 10;int x = 1;
}int main() {printf("%p\n", rand);printf("%d\n", A::rand);printf("%d\n", A::x);return 0;
}

namespace域不会影响生命周期，相当于全局变量，放在静态域中；在预处理完后，头文件展开，rand未找到局部变量的定义，因此在头文件声明展开后的全局找到了它；而我们用到的**::即为作用域限定符**，相当于在查找变量时，在指定空间查找

变量定义在全局和定义在命名空间的区别？防止冲突

1.命名空间中可以定义变量/函数/类型，可以嵌套

namespace N1
{int a;int b;int Add(int left, int right){return left + right;}namespace N2{int c;int d;int Sub(int left, int right){return left - right;}}
}

对于嵌套的命名空间，访问时应：

N1::a=1;
N1::N2::c=2;

2.同一个工程中允许存在多个相同名称的命名空间 ,编译器最后会自动合并到同一个命名空间中

3.std标准库

std是C++标准库的命名空间，如何展开std使用更合理呢？

1.在日常练习中，建议直接using namespace std即可，这样就很方便

2.using namespace std展开，标准库就全部暴露出来了，如果我们定义跟库重名的类型/对象/函数，就存在冲突问题，因此我们不展开std，而是使用时加上std作用域限定符

3.指定展开：常用的展开，自己定义的时候避免跟常用重名即可

总结：命名空间std尽量避免全部展开，防止命名冲突

4.输入输出

1.使用cout标准输出对象(控制台：Console)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**

2.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。

3.**<<**是流插入运算符， **>>**是流提取运算符。

4.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

#include <iostream>
using namespace std;int main()
{int a;double b;char c;// 可以自动识别变量的类型cin >> a;cin >> b >> c;cout << a << endl;cout << b << "  " << c << endl;return 0;
}

C++的输入输出虽然方便了，却不好精确控制输入输出格式（例如保留小数点后几位），但是C++兼容C语言，因此在处理这些问题时可以配合着C语言使用；对于值、字符串、空格等多种混输出时，printf同样的比cout更方便

5.缺省参数

using namespace std;
void Func(int a = 10, int b = 20, int c = 30) {cout << "a= " << a << endl;cout << "b= " << b << endl;cout << "c= " << c << endl;
}

1.全缺省调用

int main() {Func(); 
}

2.半缺省调用（从左向右依次传）

int main() {Func(1); 
}

缺省只能从右往左连续缺省

此时b和c缺省：

void Func(int a, int b = 20, int c = 30) {cout << "a= " << a << endl;cout << "b= " << b << endl;cout << "c= " << c << endl;
}

例如缺省的使用：

namespace S {typedef struct Stack{int* a;int top;int capacity;}ST;void StackInit(ST* ps, int defaultCapacity = 4) {ps->a = (int*)malloc(sizeof(int)*defaultCapacity);assert(ps->a);ps->top = 0;ps->capacity = defaultCapacity;}
}int main() {//不知道要插入多少数据S::ST st1;S::StackInit(&st1);//知道要插入100个数据S::ST st2;S::StackInit(&st2, 100);
}

注意：缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现，规定只能在声明时（.h）去定义缺省参数

//a.h
void Func(int a = 10);// a.cpp
void Func(int a = 20){}
// 注意：如果声明与定义位置同时出现，恰巧两个位置提供的值不同，那编译器就无法确定到底该用那个缺省值。

6.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(①参数个数或②类型或③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。

int add(int x, int y) {return x + y;
}double add(double x, double y) {return x + y;
}int main() {cout << add(1, 2) << endl;cout << add(1.2, 1.5) << endl;return 0;
}

①C++能自动识别参数类型，本质也是函数重载支持的

②函数重载调用时应该明确调用哪个函数，重载+缺省调用会报错：二义性

③为什么C语言不支持重载，C++是怎么支持重载呢？——函数名修饰(name Mangling)

④返回值不同不能构成重载！原因是调用时的二义性，无法区分调用时不指定返回值类型

7.引用

7.1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

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；

引用的存在，就能间接替代C语言当中的指针的部分功能了（无法完全替代指针）

例如我们常用的交换函数：

void Swap(int& m, int& n) {int tmp = m;m = n;n = tmp;
}int main() {int a = 10;int b = 20;Swap(a, b);std::cout << "a=" << a << " " << "b=" << " " << b << std::endl;
}

同理的，我们不仅能给一般变量取别名，也可以给指针变量取别名，因此可以代替二级指针

*&pa=**p;    //相当于我们用pa来代替*p，那么对于**p来说即为*pa

注意：

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（引用的指向不可改变）

7.2引用的场景

1.作参数

一般用作输出型参数，C++中可用引用来替代指针；减少拷贝提高效率

void Swap1(int& left, int& right)
{int temp = left;left = right;right = temp;
}

2.作返回值

①引用返回

int& Count()
{	//只有静态才行：减少了一次拷贝static int n = 0;n++;// ...return n;
}

②传值返回

int Count()
{static int n = 0;n++;// ...return n;
}

那么引用返回和传值返回有什么区别呢？

在传值返回时，会将返回值拷贝到一个临时变量（寄存器或上一层栈帧中）；而利用引用返回时，也可以理解为存在一个临时变量，它的类型仍是引用类型，相当于返回了一个返回值n的别名，但是由于返回时原返回值n的栈已经销毁了，而返回的它的别名仍然指向的这一片空间；

内存空间销毁意味着什么？

①空间还在吗？在，只是使用权不是我们的，我们存的数据不被保护

②我们还能访问吗？能，只是我们读写的数据都是不确定的

为什么会出现100？main函数调用了Func函数，恰好和调用Count位于同一块空间，ret是这块空间的别名，因此它的值变成了100；本质即是非法空间的访问！这也说明了空间是可以重复使用的

【结论】：出了函数作用域，返回变量不存在了，不能用引用返回，因为引用返回的结果是未定义的；正确使用引用返回值是对于静态声明的变量，返回变量还存在，这种情况就可以使用，使用它的意义即是在返回值传递时不用再开辟临时拷贝变量，提高效率

通过设计一个简单的程序，可以发现确实能提高效率：

7.3引用的注意点

1.指针和引用赋值中，权限可以缩小，但是不能放大

这里b是只读的，a是可读可写的

对于权限缩小是允许的：

需要注意的是，权限的放大缩小只对于指针或引用来说的，正常的赋值是无影响的

int a=1;
const int b=0;
a=b;    //right

这里是将b的值传递给a，a值的改变并不会影响b，其本质即是它们不是指针/引用变量，值的改变对互相无影响，这也是指针/引用赋值中有权限放大缩小的概念；

那么对于以后，一般用引用参数都是用const引用，但是如果你要修改这个参数，不用const就行了

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2.引用不能使用缺省参数，因为缺省参数一般是常量，但是加上const即可使用

void func(const int& N=10){       //right}

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3.引用时涉及强制类型转换需要用到常引用

强制类型转换会产生临时变量：例如我们将double类型的a转换为int类型，我们输出10，但是我们修改的不是并不是a，输出的是产生的临时变量

临时变量具有常性，无法被修改，因此在引用时也要定义常引用

int& ra1 = a;           //wrong
const int& ra2 = a;     //right

这里的ra2不是a的别名了，而是这个临时变量的别名，打印ra2的值即可验证：

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4.传值返回不能用引用变量接收

同理，传值返回涉及到临时变量的拷贝，临时变量具有常性，因此只能用const引用接收

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5.语法层面上，ra是a的别名，不开空间；底层实现上，引用是使用指针实现的

7.4指针和引用的区别

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，64位平台下占8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，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

8.auto关键字

引入：随着程序越来越复杂，程序中用到的类型也越来越复杂，经常体现在

①类型难于拼写

②含义不明确导致容易出错

因此有了auto：一个类型指示符来指示编译器， auto声明的变量类型由编译器在编译时期推导而得

int a=10;
auto b=a;

定义变量时，auto声明的变量b，根据a的类型推导b的类型

9.基于范围的for循环

范围for循环的作用是方便遍历数组

int arr[]={1,2,3,4,5};
//依次取arr中数据赋值给e，自动判断结束，自动迭代
for(auto e:arr)
{cout<<e<<" ";
}
cout<<endl;

遍历结果为：

10.内联函数

10.1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

例如对于冒泡排序、交换排序等，我们涉及到Swap交换函数，当数据量很大的时候就要多次调用Swap（频繁调用的小函数），即多次调用栈帧；C语言中通过宏函数可以避免栈帧消耗（预处理替换，优化）

而对于C++来说，可以通过inline函数（内联函数）来解决

>为什么不继续使用C语言的宏？①不能调试②没有类型安全检查③容易出错

>例如ADD的宏函数

#define ADD(int x,int y)  ((x)+(y))

10.2特征

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

是否展开取决于编译器，函数过长强行展开会引起代码膨胀

代码量决定了可执行程序的大小，在开发中，编译出的程序即可以被理解为安装包

3.在debug模式下，内联不会默认展开，通过修改设置可以展开

>使用时直接在函数前加关键字inline即可

inline ADD(int a,int b){return a+b;
}

4.inline不在声明和定义分离，在.h文件中声明后，预处理后会在.cpp文件展开；inline被展开，没有函数地址，链接（地址）就会找不到

11. 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：

int* p1 = NULL;
int* p2 = 0;

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：

#ifndef NULL
#ifdef __cplusplus
#define NULL
#else
#define NULL
#endif
#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

由于语言具有向前兼容的特点，因此在C++98中的指针空值问题延续到了现在

解决方案为：关键字nullptr，表示指针空值；因此在以后，我们均使用nullptr来表示空指针

return a+b;
}

4.inline不在声明和定义分离，在.h文件中声明后，预处理后会在.cpp文件展开；inline被展开，没有函数地址，链接（地址）就会找不到## 11. 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：```cpp
int* p1 = NULL;
int* p2 = 0;

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：

#ifndef NULL
#ifdef __cplusplus
#define NULL
#else
#define NULL
#endif
#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

由于语言具有向前兼容的特点，因此在C++98中的指针空值问题延续到了现在

解决方案为：关键字nullptr，表示指针空值；因此在以后，我们均使用nullptr来表示空指针