C++初阶------------------入门C++

作者前言

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喜欢学习C语言、C++和python等编程语言，是一位爱分享的博主，有兴趣的小可爱可以来互讨 🎂🎂🎂🎂🎂🎂🎂🎂
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命名空间(namespace)

在我们学习C语言的过程中，如果我们命名一些和库函数名字相同的变量或者函数，VS编译器就会报错,怎么解决这个问题呢?C++语言就推出了一个关键字
namespace
这个关键字的作用就是解决命名冲突的
未使用关键字:

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

是会报错的,因为命名和库函数rand冲突了,我们在后面写的代码越多,就越容易命名冲突,
使用关键字:

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
namespace ncon
{int rand = 0;
}
int main()
{printf("%d", ncon::rand);return 0;
}

::

这个符号叫域作用限定符
就是告诉VS编译器rand这个变量要在ncon命名的空间里面找,否则是找不到这个rand的
在命名空间里面可以定义函数、结构体、变量、枚举…等,

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
namespace ncon
{int rand = 0;int Add(int a, int b){return a + b;}typedef struct numnam{int a;int b;}numname;
}
int main()
{printf("%d ", ncon::rand);int count = ncon::Add(1, 2);printf("%d ", count);struct ncon::numnam num = { 10,20 };printf("%d %d", num.a, num.b);return 0;
}

注意一下,结构体的写法是struct关键字在 最前面

命名空间里面嵌套命名空间

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
namespace ncon
{namespace con{int nums = 10;}
}
int main()
{printf("%d ",ncon::con::nums);return 0;
}

命名空间可以嵌套命名空间,无限套娃

命名空间的合并

我们在一个源文件中可以多个位置命名空间相同的名字,是不会冲突的,会合并成一个命名空间
头文件:

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
namespace ncon
{typedef struct numnam{int a;int b;}numname;
}

目标文件.c

#include"day1_1.h"
using namespace ncon;
namespace ncon
{int Add(int a, int b){return a + b;}
}
int main()
{int count = Add(1, 2);printf("%d ", count);struct ncon::numnam num = { 10,20 };printf("%d %d ", num.a, num.b);return 0;
}

有人就会发现下面这句代码

using namespace ncon;

这句代码想表达的意思就是
这行代码是C++中的语法，意思是引入命名空间 ncon 中的所有内容，使得在代码中可以直接使用该命名空间中的成员而不需要加上前缀
注意:这种方式不提倡,特别是在项目里会造成不必要的麻烦,所以日常练习可以展开
std:是C++官方库定义的命名空间
但是有时候真的很麻烦,会写很多不必要的前缀
所以我们可以指定展开

using std::cout;
using std::endl;

第一个c++代码

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

<< : 流插入

如果要写入一些标识符,如\n

#include<iostream>
int main()
{std::cout << "hello world\n" << "hello " << "11111 " << "\n";printf("hello world");return 0;
}

可以写多个 << 进行拼接
但是一般不会这样写,会写成是std::endl

#include<iostream>
int main()
{std::cout << "hello world"  << std::endl << "hello " << "11111 " << std::endl;printf("hello world");return 0;
}

​<< :流提取

#include<iostream>
using std::cout;
using std::endl;
using std::cin;int main()
{int a = 10;int b = 20;cin >> a >> b;cout << a << endl << b;return 0;
}

std:: cin :输入
std::cout : 输出

缺省参数

我们知道在C语言中，函数的有参数就必须传参，不传参就会报错，为了解决这个问题，c++就有了可以拥有默认参数的函数

#include<iostream>
using std::cout;
using std::endl;
using std::cin;
namespace ncon
{void Func(int a = 10){cout << a << endl;}void Func1(int a = 10, int b = 20, int c = 100){cout << a << endl;cout << b << endl;cout << c << endl;}
}
using namespace ncon;
int main()
{ncon::Func();ncon::Func(30);Func1();Func1(100);Func1(1,1,1);return 0;

需要注意的是缺省值只能从右往左给，必须是连续给
还有一些是半缺省的函数

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

半缺省参数必须从右往左依次来给出，不能间隔着给

声明和定义不能同时给参数，只能在声明的时候给。这个是一个默认规定
在头文件中

缺省值必须是常量或者全局变量

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。

#include<iostream>
using std::cout;
using std::endl;
using std::cin;
//参数类型不同
int Add(int a, int b)
{return a + b;
}
double Add(double a, double b)
{return a + b;
}
//参数个数不同
void Fun()
{cout << "Fun()" << endl;
}
void Fun(int a)
{cout << "Fun(int a)" << endl;
}
// 参数的顺序不同
void f(int a, double b)
{cout << a << endl;cout << b << endl;
}
void f(double b,int a)
{cout << a << endl;cout << b << endl;
}
int main()
{Add(1, 2);Add(1.1, 2.2);Fun();Fun(6);f(1, 2.2);f(2.2, 6);return 0;
}

参数类型不同
参数个数不同
参数的顺序不同

为啥c++支持函数重载,而C语言不行

我们前面学习过C语言的编译链接，
第一步是预处理 ：主要进行头文件的展开、宏替换、条件编译（#define 、 #if #endif）以及去掉注释等
生成.i文件
第二步编译：生成汇编代码（主要）或者语法错误

生成.s文件

第三步 汇编:转换成二进制的机器码
生成.o文件(Linux环境下) (在windows是obj文件)

第四步 链接: 合并到一起,链接一些没有确定函数地址、符号表的合并和重定义

C语言不能函数重载的原因:,因为C语言在链接的时候就是使用函数名去找(C语言不存在同名函数),而c++不能使用函数名去找

objdump -S test1c#test1c是一个.out文件

在Linux中C语言函数的调用是通过函数名去找对应的函数找到对应的地址

而在c++ 中

g++ test1.c -o test1cppobjdump -S test1cpp

为啥这里的会这么奇怪,这个函数调用的名字 是由Linux的函数名修饰规则决定的,
_Z3Adddd
写法为:
_Z + 函数名的字符个数 + 函数名 + 每个参数的第一个字符(int a 就取i)

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。

引用

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。

#include<iostream>
using std::cout;
using std::endl;
using std::cin;
int main()
{int a = 0;int b = a;int& c = a;c = 2;return 0;
}

int& c = a;//引用a

int& :引用类型

引用我们可以看作是取别名,改变c或者改变a 都会改变值,而b是一个变量,存储a的值,改变a或者b都不会改变对方

引用的好处

传参

前面我们学习过C语言如果要改变变量的值,要传地址
C语言版:

int exchang(int* a, int* b)
{int temp = *a;*a = *b;*b = temp;
}

c++版:

int exchang(int& left, int& right)
{int temp = left;left = right;right = temp;return left;
}

引用的注意:

1. 引用的时候必须初始化
2. 引用的指向是唯一的,指定了就不能更改,所以说引用和指针是不能相互取代的
3. 一个对象可以有多个引用,但是一个引用不能拥有多个对象
4. 引用参数比直接传参的效率要高,引用参数和传地址参数的效率相似
   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。

#include<iostream>
#include<time.h>
using std::cout;
using std::endl;
using std::cin;
void Fun1(int& a)
{}
void Fun(int a)
{}
int main()
{int a = 12;int b = a;int i = 0;int begin1 = clock();for(i = 0; i < 1000000; i++)Fun1(a);int end1 = clock();int begin2 = clock();for (i = 0; i < 1000000; i++)Fun(a);int end2 = clock();cout << end1 - begin1 << endl;cout << end2 - begin2 << endl;return 0;
}

返回值

在C语言中我们返回一个函数的值的时候,不是返回这个变量

int exchang(int a, int b)
{int temp = a;a = *b;b = temp;return a;
}

我们知道函数栈帧的创建和销毁,知道返回值是存在寄存器里面返回的

而在c++中

int& exchang(int left, int right)
{int temp = left;left = right;right = temp;return left;
}

返回的是left的引用,因为left在函数结束的时候就销毁了,所以返回的值是随机值,这样写是错误的写法，前面我们学习过递归的实现，空间是可以重复利用的，

#include<iostream>
#include<time.h>
using std::cout;
using std::endl;
using std::cin;
int& Fun(int a)
{int c = a;c++;return c;
}
int main()
{int& num1 = Fun(6);cout << num1 << endl;cout << num1 << endl;Fun(1000);cout << num1 << endl;return 0;
}

这个代码可以看出来，num1引用的是c的原来的地址，函数结束，c销毁，但是那块内存还是存在，每次再调用，就会进行重复利用这块空间

正确的写法：
使用静态变量
前面我们知道如果使用静态变量的话，在静态区创建，而不是在栈区创建，这样就可以在函数销毁的时候静态变量不进行空间的释放

#include<iostream>
#include<time.h>
using std::cout;
using std::endl;
using std::cin;
int& Fun(int a)
{static int c = a;c++;return c;
}
int main()
{int& num1 = Fun(6);cout << num1 << endl;cout << num1 << endl;Fun(1000);cout << num1 << endl;return 0;
}

静态变量只初始化一次

某些场景

#include<iostream>
#include<time.h>
#include<assert.h>
using std::cout;
using std::endl;
using std::cin;
typedef struct Seqlist
{int a[100];int size;
}SL;
void SLModify(SL *ps, int pos, int x)
{assert(ps);assert(ps->size > pos);ps->a[pos] = x;
}int& SLModify(SL* ps, int pos)
{assert(ps);assert(ps->size > pos);return ps->a[pos];
}int main()
{SL lis = { {0},100 };int i = 0;for (i = 0; i < lis.size; i++){SLModify(&lis, i)++;}return 0;
}

这里创建一个顺序表，如果要进行顺序表的每个元素进行加1，有两种方法，要么传地址，要么引用出来

常引用

这里介绍一下

const int a = 10;

这个 在c++中是常量，在C语言中是常变量

#include<iostream>
#include<time.h>
#include<assert.h>
using std::cout;
using std::endl;
using std::cin;int main()
{//引用权限不能放大const int a = 10;//int& b = a;错误的const int& b = a;//权限可以缩小int c = 20;const int& d = c;const int& f = 10;return 0;
}

在常数中，如果对常数进行引用，就不会随便的放大权限，常数不能更改，所以对应引用也不能更改，

常性

当我们如果使用使用不同的引用类型去引用一些不同类型的变量
如

int i = 10;
double j = i;
const double& rj = i;

如果是使用 double&就会报错，为啥？ 因为我们在使用不同类型进行接收的时候，i会产生一个临时变量，（类型转变才会产生临时变量）并且这个临时变量具有常性，需要用const的变量进行接收。

指针和引用的区别

引用：

1. 语法上，没有开辟空间，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。
2. 引用比指针使用起来相对更安全
3. 没有NULL引用，但有NULL指针
4. 有多级指针，但是没有多级引用
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)

#include<iostream>
#include<time.h>
#include<assert.h>
using std::cout;
using std::endl;
using std::cin;int main()
{int c = 20;const int& d = c;cout << sizeof(d);return 0;
}

6. 指针语法上，开辟了空间，在底层实现上实际也是有空间的
7. 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

两者共同点：
1.引用的底层是汇编实现的

引用表面好像是传值，其本质也是传地址，只是这个工作有编
译器来做

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。

#include<iostream>
using std::cout;
using std::endl;
using std::cin;
int Add(int a, int b)
{return a + b;
}
int main()
{Add(1, 2);return 0;
}

这里是没有inline修饰，需要创建函数栈帧


使用inline修饰

#include<iostream>
using std::cout;
using std::endl;
using std::cin;
inline int Add(int a, int b)
{int c = a + b;return c;
}
int main()
{Add(1, 2);return 0;
}

未显示展开

要想看到展开我们需要以下操作


内联函数 优点：

1. 可以调试
2. 效率高，会展开
3. 不用创建栈帧，提高效率

缺点：
不适合于大型的函数，每次调用inline修饰过的函数，就会展开一次，如果函数有100行，调用10000次，合计就要运行100 * 10000行，没有inline修饰的函数，每调用一次，就会找到相同的函数栈帧进行调用，总次数就是 100（函数的行数） + 10000（反汇编的call），所以inline修饰大型函数就会影响可执行程序的大小

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。（简单的理解，看编译器的心情来决定展不展开）

需要注意的是，如果在其他cpp文件使用inline修饰函数，再到头文件声明，在其他cpp文件使用这个函数就会报错，因为使用inline修饰的函数在链接时不会生成符号表。这是因为inline函数在编译时会被直接插入到调用它的地方，而不会产生独立的函数代码。
day1_1.cpp

#include"day1_1.h"
int main()
{fun(10);return 0;
}

day1_2.cpp

#include<iostream>
using std::cout;
using std::endl;
using std::cin;
inline void fun(int a)
{cout << a << endl;
}

day_1.h

#include<iostream>
using std::cout;
using std::endl;
using std::cin;inline void fun(int a);

所以我们使用inline修饰函数，在对当前cpp文件或者在头文件定义和声明就行了

auto

auto关键字可以用于自动推导变量的类型，让编译器根据变量的初始化表达式推导出其类型，从而简化代码书写

#include<iostream>
using std::cout;
using std::endl;
using std::cin;
int main()
{int a = 10;int* b = NULL;auto c = a;auto& d = a;cout << typeid(a).name() << endl;cout << typeid(b).name() << endl;cout << typeid(c).name() << endl;cout << typeid(d).name() << endl;return 0;
}

这里typeid(a).name()是返回a的类型

我们可以得出结论

1. auto 必须初始化
2. auto 不能当函数参数,返回值也不行
3. auto不能声明数组

范围的for循环

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。
前面我们学习过C语言的for循环语句,

int i = 0;
for (i = 0; i < 100; i++)
{printf("%d ", i);
}

但是在c++中的for语句有点差别

#include<iostream>
using std::cout;
using std::endl;
using std::cin;int main()
{int a[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };for (auto e : a){cout << e << " ";}return 0;
}

意思就是遍历一遍a数组,每个元素都依次赋值给e,自动判断结束, 修改e不会修改里面的元素

如果我们要修改元素的值

#include<iostream>
using std::cout;
using std::endl;
using std::cin;int main()
{int a[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };for (auto& e : a){e++;cout << e << " ";}return 0;
}

我们可以使用引用来进行修改

指针空值nullptr

#include<iostream>
using std::cout;
using std::endl;
using std::cin;
void func(int)
{cout << "f(int)" << endl;
}
void func(int*)
{cout << "f(int*)" << endl;
}
int main()
{func(0);func(NULL);return 0;
}

这里的函数只写了类型,没有写变量,这个在c++是可以的,
看到结果的人可能会发现,为啥都打印了f(int),NULL不是指针类型吗,
其实不是,在c++
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：

如果是c++就是把NULL定义成了一个宏,C语言就是一个指针类型

所以c++就为了弥补这个错误,就写出了一个nullptr来代表NULL空指针
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，在后续表示指针空值时建议最好使用nullptr。