C++初阶--C++入门

前言

从本章开始，我们就要正式的进入到C++的学习了。C++是在C的基础之上，容纳进去了面向对象编程思想，并增加了许多有用的库，以及编程范式等，同时对C语言某些设计不合理的地方进行优化，如在作用域，IO，函数，指针以及宏方面。下面我们先从一些较容易理解的知识开始讲其起，为后续学习类和对象打下基础。

C++关键字

C++总计63个关键字，C语言32个关键字。下面我们仅仅只是见一见这些关键字，以后我们再对这些关键字一一进行学习。

命名空间

在C语言中，我们在对变量命名时难免会发生和库中某些关键字重名冲突的问题，而在C语言中这个问题是没办法解决的，只能更换变量名。但在C++中，我们可以使用命名空间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。
比如下面这段代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int rand = 10;
// C语言没办法解决类似这样的命名冲突问题，所以C++提出了namespace来解决
int main()
{printf("%d\n", rand);
return 0;
}
// 编译后后报错：error C2365: “rand”: 重定义；以前的定义是“函数”

命名空间的定义

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**。其中命名空间中可以定义的成员有变量/函数/类型。
举几个例子

namespace SC
{int a = 10;int b = 2;int Add(int x, int y){return x + y;}struct Node{int val;struct Node* next;};
}

我们还可以进行命名空间的嵌套

namespace SC1
{int a;int b;int Add(int left, int right){return left + right;}namespace SC2{int c;int d;int Sub(int left, int right){return left - right;}}
}

我们需要了解的是：同一个工程中允许存在多个相同名称的命名空间,编译器最后会合成同一个命名空间中。

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。

命名空间的使用

我们在学习了命名空间这个概念以后该怎么使用它呢？下面我们来学习命名空间的使用，先来看这一段代码：

namespace SC1
{int rand = 1;
}
int main()
{printf("%d", rand);return 0;
}

打印结果

我们发现并不是我们想要的1而是一个地址。所以这样直接调用命名空间里的rand是不行的，我们可以采取以下三种方法来访问

加命名空间名称及作用域限定符

我们可以使用符号“ ：： ”来访问命名空间中的成员变量，具体使用方法我们看这段代码

namespace SC1
{int rand = 1;
}
int main()
{printf("%d", SC1::rand);return 0;
}

打印结果

使用using namespace 命名空间名称引入

我们还可以使用using namespace 将命名空间展开，这样就能正常访问了，我们来看这段代码

namespace SC1
{int x = 1;
}
using namespace SC1;
int main()
{printf("%d", x);return 0;
}

打印结果

但是这种方法存在弊端，我们通过这种方法将命名空间展开，那么可能又会造成命名的污染,如下

namespace SC1
{int rand = 1;
}
using namespace SC1;
int main()
{printf("%d", rand);return 0;
}

这时候编译器就又无法识别rand的明确所指了。

使用using将命名空间中的成员引入

学习完上面这两种方法，第三种方法就比较好理解了，相当于把我们想要访问的数据从命名空间中拿出来使用。

namespace SC1
{int x = 1;
}
using  SC1::x;
int main()
{printf("%d", x);return 0;
}

打印结果如下

C++的输入与输出

当初我们在学习C语言时，第一个学习的就是C语言的输入与输出，在终端打印“hello world”，那么现在我们同样来使用C++的方式打印“hello world”。代码如下

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

说明：

1. 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。
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 = 1;float b = 2.89;double c= 6.890;char arr[10] = { 0 };char d[] = "hello world";cin >> arr;cout << arr << endl;cout << a << endl;cout << b << endl;cout << c << endl;cout << d << endl;return 0;
}

这里的cin和C语言中的gets比较类似，在遇到空格，换行，tab会作为分隔符，所以这里的hello world并不会完全打印出来，只会打印hello。
打印结果如下：

缺省参数

缺省参数是声明或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该默认值，否则使用指定的实参。
在C语言中，如果我们调用一个函数，什么实参都不给肯定是不行的，但是在C++中，我们如果没有传递实参过去，那么函数会使用默认值。我们看下面这段代码：

void f(int a = 10)//C语言中并没有给形参赋值
{cout << a << endl;
}
int main()
{f(20);f();//C语言肯定是行不通的return 0;
}

打印结果如下

全缺省

全缺省参数，即函数的全部形参都设置为缺省参数。看下面这段代码

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

半缺省参数

void func(int a, int b, int c = 2)
{cout << a << endl;cout << b << endl;cout << c << endl;
}

这里我们需要注意的是：
半缺省参数必须从右往左依次给出，不能间隔着给。

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<>/font。
常见的函数重载分为三种类型：

参数类型不同

int Add(int left, int right)
{cout << "int Add(int left, int right)" << endl;return left + right;
}
double Add(double left, double right)
{cout << "double Add(double left, double right)" << endl;return left + right;
}
int main()
{Add(10, 20);Add(10.1, 20.2);return 0;
}

打印结果如图

参数个数不同

void f()
{cout << "f()" << endl;
}
void f(int a)
{cout << "f(int a)" << endl;
}
int main()
{f();f(10);return 0;
}

打印结果如图

参数类型顺序不同

void f(int a, char b)
{cout << "f(int a,char b)" << endl;
}
void f(char b, int a)
{cout << "f(char b, int a)" << endl;
}
int main()
{f(10, 'a');f('a', 10);return 0;
}

但我们要注意：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。

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。

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的

我们来看具体的实例

#include<iostream>
using namespace std;int main()
{int a = 1;int&b = a; //相当于给a起了一个别名为b，int是b的类型cout << a << endl;cout << b << endl;b = 3;  //改变b也就相当于改变了acout << b << endl;cout << a << endl;
}

打印结果如图

引用特性

引用的特性有以下三个

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
看个例子

void TestRef()
{int a = 10;// int& ra;   // 该条语句编译时会出错int& ra = a;int& rra = a;printf("%p %p %p\n", &a, &ra, &rra);  
}

常引用

我们在上面有提到过，引用的类型和引用的实体必须是同种类型的，但是仅仅只是相同还是不够的，我们还要关注是否可以修改的问题。

void TestConstRef()
{const int a = 10;//int& ra = a; // 该语句编译时会出错，a为常量const int& ra = a;// int& b = 10; // 该语句编译时会出错，b为常量const int& b = 10;double d = 12.34;//int& rd = d; // 该语句编译时会出错，类型不同const int& rd = d; }

比如说a，这里的a被const修饰之后变为了常量，但如果我们仅仅采取int &ra的方法就意味是对一个可修改的变量定义了一个别名，这显然是不对的，所以我们要将引用也用const修饰才可以。

我们再来看这段代码：

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{int a = 10;double&ra = a;
}

这个引用的结果首先告诉读者是错误的，要理解这个问题，我们就要先搞清楚隐士类型提升具体是怎么实现的。在int转变为double的时候存在隐士类型提升，在提升的过程中系统会创建一个常量区来存放a类型提升后的结果。这样就又回到上面刚刚说到的那种情况了，所以我们需要添加一个const修饰对权限进行修改才行，代码如下

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{int a = 10;const double&ra = a;
}

使用场景

引用做参数

当初在学习C语言的时候，我们可是被传值调用和传址调用的理解折磨了许久，但现在我们在传参的时候采取传引用就可以避免这个问题了（你想，引用的本质是变量的别名，我们修改引用的值同时也修改了原来的值，本质上还是指针，但不再需要解引用这类操作了！），我们就以交换数据这个函数为例：

void Swap(int* p1, int* p2)
{int tmp = *p1;*p1 = *p2;*p2 = tmp;
}void Swap(int& a, int& b)
{int tmp = a;a = b;b = tmp;
}

是不是看起来就要容易理解的多了。

引用做返回值

我们先来看这段代码

#include<iostream>
using namespace std;
int& Add(int a, int b)
{int c = a + b;return c;
}int main()
{int& ans = Add(1,2);Add(3, 4);cout << ans << endl;
}

打印结果如下

为什么是7不是3呢？
我们要理解这句话：如果函数返回时，出了函数作用域，返回对象还未还给系统，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。
我们通过一张图来理解

说的直白通俗一点就是，每次调用函数都要开辟一块空间，而c是在这块函数空间中创建的一个临时变量，出了这个函数这块空间就被收回了，下次再调用这个函数，又会在相同的位置开辟空间，但下一次执行的相关操作就会把上一次的数据覆盖了，
要想解决这个问题，我们可以在c前加一个static关键字修饰，static的作用说直白一点就是保证这个数据出了作用域不会被销毁，后续也不会被覆盖。

引用和指针的区别

引用和指针的区别主要有以下几点
1、引用在定义时必须初始化，指针没有要求。
2、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。
3、没有NULL引用，但有NULL指针。
4、在sizeof中的含义不同：引用的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）。
5、引用进行自增操作就相当于实体增加1，而指针进行自增操作是指针向后偏移一个类型的大小。
6、有多级指针，但是没有多级引用。
7、访问实体的方式不同，指针需要显示解引用，而引用是编译器自己处理。
8、引用比指针使用起来相对更安全

内联函数

内联函数其实本质上就是我们之前学习的宏，但是宏在书写的时候坑有非常多，稍不注意就会出现差错，因为它是整体替换的，这其中就可能存在运算符优先级的问题。但是我们使用内联函数就可以有效优化这个问题。
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。

特性

1. inline是一种以空间换时间的做法，省去调用函数额开销。所以代码很长/递归的函数不适宜使用作为内联函数。
2. inline对于编译器而言只是一个建议，编译器会自动优化，如果定义为inline的函数体内代码比较长/递归等等，编译器优化时会忽略掉内联。
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。

宏的优缺点

优点:
1.增强代码的复用性。
2.提高性能。
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。
C++有哪些技术替代宏？
1. 常量定义换用const enum
2. 短小函数定义换用内联函数

auto 关键字

在早期的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，但遗憾的是一直没有人去使用它。
在C++11中，标准委员会赋予了auto全新的含义：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。 可能光看这一句话，你不一定能懂，下面我们举几个例子

#include<iostream>
using namespace std;
int TestAuto()
{return 10;
}
int main()
{int a = 10;auto b = a;auto c = 'a';auto d = TestAuto();cout << typeid(b).name() << endl;cout << typeid(c).name() << endl;cout << typeid(d).name() << endl;cout << a << endl;cout << b<< endl;cout << c << endl;cout << d << endl;//auto e; 无法通过编译，使用auto定义变量时必须对其进行初始化return 0;
}

打印结果如下

注意：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。

auto的使用细则

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&.

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{int a = 10;auto b = &a;   //自动推导出b的类型为int*auto* c = &a;  //自动推导出c的类型为int*auto& d = a;   //自动推导出d的类型为int//打印变量b,c,d的类型cout << typeid(b).name() << endl;//打印结果为int*cout << typeid(c).name() << endl;//打印结果为int*cout << typeid(d).name() << endl;//打印结果为intreturn 0;
}

auto不能使用的场景

不能作为函数参数

// 此处代码编译失败，auto不能作为形参类型，因为编译器无法对a的实际类型进行推导
void TestAuto(auto a)
{}

不能用来声明数组

void TestAuto()
{int a[] = {1,2,3};auto b[] = {4，5，6};
}

基于范围的for循环

对于一个有范围的集合而言，由程序员来说明循环的范围是多余的，有时候还会容易犯错误。因此C++11中引入了基于范围的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。
我们看这段代码

int main()
{int a[4] = { 1,2,3,4 };for (auto e : a){e *= 2;}for (auto e : a){cout << e << endl;}return 0;
}

我们发现的打印结果不是2，4，6，8

这是因为这里auto e相当于int i，只是创建了一个临时变量，想要打印出2，4，6，8有两种解决方法

//1
int main()
{int a[4] = { 1,2,3,4 };for (auto e : a){e *= 2;cout << e << endl;}return 0;
}
//2
int main()
{int a[4] = { 1,2,3,4 };for (auto& e : a){e *= 2;}for (auto e : a){cout << e << endl;}return 0;
}

要注意的是，在函数传参传数组过去时，函数内部for循环迭代就不能迭代这个传过来的数组了，因为这个数组在传参的时候就变成指针了，for循环的范围就不确定了。

本章内容到这里就结束了，如有出入，欢迎指正。