C++入门基础

一、C++的第一个程序

C++兼容C语⾔绝大多数的语法,所以C语言实现的hello world依旧可以运行,C++中需要把定义⽂件 代码后缀改为.cpp,vs编译器看到是.cpp就会调⽤C++编译器编译,linux下要⽤g++编译,不再是gcc
#include<stdio.h>int main()
{printf("hello world!\0");return 0;
}

当然C++有一套自己的输入输出,严格说C++版本的hello world应该是这样写的:

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

二、命名空间

1、namespace的介绍

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。
c语言项目类似下面程序这样的命名冲突是普遍存在的问题,C++引入namespace就是为了更好的解决这样的问题

#include<stdio.h>
#include <stdlib.h>
int rand = 10;
int main() {printf("%d", rand);//error:“rand”: 重定义;以前的定义是“函数”return 0;
}

2、namespace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。命名空间中可以定义变量/函数/类型等。

namespace本质是定义出一个域,这个域跟全局域各自独立,不同的域可以定义同名变量,所以下面的rand不在冲突了。
C++中域有函数局部域,全局域,命名空间域,类域;域影响的是编译时语法查找一个变量/函数/类型出处(声明或定义)的逻辑,所有有了域隔离,名字冲突就解决了。局部域和全局域除了会影响编译查找逻辑,还会影响变量的生命周期,命名空间域和类域不影响变量生命周期。
namespace只能定义在全局,当然他还可以嵌套定义。
项目工程中多文件中定义的同名namespace会认为是一个namespace,不会冲突。
C++标准库都放在一个叫std(standard)的命名空间中。

namespace Date {void func(){cout << "func()" << endl;}int _year;int _month;int _day;namespace Date1 {int _year1;}
}

编译查找一个变量的声明/定义时,默认只会在局部或者全局查找,不会到命名空间里面去查找。所以
下面程序会编译报错。所以我们要使用命名空间中定义的变量/函数,有三种方式:

  • 指定命名空间访问,项目中推荐这种方式。
  • using将命名空间中某个成员展开,项目中经常访问的不存在冲突的成员推荐这种方式。
  • 展开命名空间中全部成员,项目不推荐,冲突风险很大,日常小练习程序为了方便推荐使用
using namespace std;
namespace Date {void func(){cout << "func()" << endl;}int _year = 2024;int _month = 11;int _day = 26;
}//指定命名空间访问
int main()
{cout << Date::_year << endl;return 0;
}//using将命名空间中某个成员展开。
using Date::_year;int main()
{cout << _year << endl;return 0;
}//展开命名空间中全部成员。using namespace Date;int main()
{cout << _year << endl;return 0;
}

注意:编译器的默认查找顺序:

a、去局部域中查找。

b、去全局域和命名空间域中一起查找。

三、输入&输出

  • <iostream>是Input Output Stream的缩写,是标准的输入、输出流库,定义了标准的输入、输出对象。
  • std::cin是istream类的对象,它主要面向窄字符(narrow characters(oftype char))的标准输入流。
  • std::cout 是ostream类的对象,它主要面向窄字符的标准输出流。
  • std::endl是一个函数,流插入输出时,相当于插入一个换行字符加刷新缓冲区。
  • <<是流插入运算符,>>是流提取运算符。(C语言还用这两个运算符做位运算左移/右移)
  • cout/cin/endl等都属于C++标准库,C++标准库都放在一个叫std(standard)的命名空间中,所以要
  • 通过命名空间的使用方式去用他们。
  • 一般日常练习中我们可以using namespacestd,实际项目开发中不建议using namespace std。这里我们没有包含<stdio.h>,也可以使用printf和scanf,在包含<iostream>间接包含了。vS系列编译器是这样的,其他编译器可能会报错。
#include<iostream>
using namespace std;int main() {int a = 10;float b = 1.1;char c = 'M';//自动识别类型cout << a<<" "<<b<<" "<<c << endl;printf("%d %f %c\n", a, b, c);cin >> a >> b >> c;cout << a << " " << b << " " << c << endl;return 0;
}

四、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,缺省参数分为全缺省和半缺省参数。(有些地方把缺省参数也叫默认参数)
  • 全缺省就是全部形参给缺省值,半缺省就是部分形参给缺省值。C++规定半缺省参数必须从右往左依次连续缺省,不能间隔跳跃给缺省值。
  • 带缺省参数的函数调用,C++规定必须从左到右依次给实参,不能跳跃给实参。
  • 函数声明和定义分离时,缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现,规定必须函数声明给缺省值。
#include<iostream>
using namespace std;void func(int a = 1)
{cout << a << endl;
}int main() {func();func(10);return 0;
}

全缺省的代码实例:

#include<iostream>
using namespace std;
//全缺省
void func(int a = 0, int b = 0, int c = 0)
{cout << a+b+c << endl;
}int main() {func();func(10);func(1, 2, 3);return 0;
}

半缺省的代码实例:

#include<iostream>
using namespace std;
//半缺省
void func(int a, int b = 0 , int c = 0)
{cout << a+b+c << endl;
}int main() {func(1);func(10);func(1, 2, 3);return 0;
}

缺省参数的声明和定义不能同时存在:

//Date.h
#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;namespace Date {void func(int a = 0, int b = 1);int _year = 2024;int _month = 11;int _day = 26;
}//Date.c
#include"Date.h"void Date::func(int a = 0, int b = 1)
{cout << a + b << endl;
}
//结果会报错

所以一般缺省参数放在声明中。

五、函数重载

C++支持在同一作用域中出现同名函数,但是要求这些同名函数的形参不同,可以是参数个数不同或者类型不同。这样C++函数调用就表现出了多态行为,使用更灵活。C语言是不支持同一作用域中出现同名函数的。

//参数的类型不同
#include<iostream>
using namespace std;
int Add(int a, int b) {return a + b;
}float Add(float a, float b) {return a + b;
}int main() {int a = 1;int b = 2;float c = 1.1;float d = 2.2;cout << Add(a, b) << endl;cout << Add(c, d) << endl;return 0;
}
//参数的个数不同void func()
{cout << "func()" << endl;
}void func(int a, int b)
{cout << "func(int a, int b)" << endl;
}int main() {func();func(1, 2);return 0;
}
//参数类型顺序不同void func(int a,char b)
{cout << "func(int, char)" << endl;
}void func(char a, int b)
{cout << "func(char, int)" << endl;
}int main() {int a = 0;char b = 'A';func(a, b);func(b, a);return 0;
}

 为什么C++支持函数重载,而C语言不行呢?

因为C++在链接时,用的是修饰后的函数名来查找函数,每个编译器的修饰规则不一样,但都与参数相关,而C语言是直接用函数名来查找函数。

六、引用

1、引用的定义和使用

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。比如:水壶传中李逵,宋江叫"铁牛",江湖上人称"黑旋风”;林冲,外号豹子头;
类型&引用别名=引用对象;C++中为了避免引入太多的运算符,会复用C语言的一些符号,比如前面的<<和>>,这里引用也和取地址使用了同一个符号&。

int main() {int a = 0;int& b = a;int& c = b;a++;b++;c++;cout << a << endl;cout << b << endl;cout << c << endl;cout << &a << endl;cout << &b << endl;cout << &c << endl;
}

这里可以看到他们是一样的。

注意:引用在定义时必须初始化。 

引用在实践中主要是于引用传参和引用做返回值中减少拷贝提高效率和改变引用对象时同时改变被引用对象。
引用传参跟指针传参功能是类似的,引用传参相对更方便一些。
引用返回值的场景相对比较复杂,我们在这里简单讲了一下场景,还有一些内容后续类和对象章节
中会继续深入讲解。
引用和指针在实践中相辅相成,功能有重叠性,但是各有特点,互相不可替代。C++的引用跟其他语言的引用(如Java)是有很大的区别的,除了用法,最大的点,C++引用定义后不能改变指向,Java的引用可以改变指向。

2、const引用:

可以引用一个const对象,但是必须用const引用。const引用也可以引用普通对象,因为对象的访
权限在引用过程中可以缩小,但是不能放大
不需要注意的是类似int& rb= a*3这样一些场景下a*3的和结果保存在一个临时对象中,在类型转换中会产生临时对象存储中间值,也就是时,rb引用的是临时对象,而C++规定临时对象具有常性,所以这里就触发了权限放大,必须要用常引用才可以。
所谓临时对象就是编译器需要一个空间暂存表达式的求值结果时临时创建的一个未命名的对象,
C++中把这个未命名对象叫做临时对象。


#include<iostream> 
using namespace std; 
int main() { int a = 10; const int& ra = 30; // 编译报错: “初始化”: ⽆法从“int”转换为“int &” int& rb = a * 3; const int& rb = a*3; double d = 12.34; // 编译报错:“初始化”: ⽆法从“double”转换为“int &” int& rd = d;const int& rd = d; return 0; 
}

3、指针和引用的关系

在实践中他们相辅相成,功能有重叠性,但是各有自己的特点,互相不可替代。

  • 语法概念上引用是一个变量的取别名不开空间,指针是存储一个变量地址,要开空间。
  • 引用在定义时必须初始化,指针建议初始化,但是语法上不是必须的。
  • 引用在初始化时引用一个对象后,就不能再引用其他对象;而指针可以在不断地改变指向对象。
  • 指针很容易出现空指针和野指针的问题,引用很少出现,引用使用起来相对更安全一些。

七、inline

用inline修饰的函数叫做内联函数,编译时C++编译器会在调用的地方展开内联函数,这样调用内联函数就不需要建立栈帧了,就可以提高效率。

inline对于编译器而言只是一个建议,也就是说,你加了inline编译器也可以选择在调用的地方不展开,不同编译器关于inline什么情况展开各不相同,因为C++标准没有规定这个。inline适用于频繁调用的短小函数,对于递归函数,代码相对多一些的函数,加上inline也会被编译器忽略。

C语言实现宏函数也会在预处理时替换展开,但是宏函数实现很复杂很容易出错的,且不方便调试,C++设计了inline目的就是替代C的宏函数。

inline不建议声明和定义分离到两个文件,分离会导致链接错误。因为inline被展开,就没有函数地
址,链接时会出现报错。

#include<iostream> 
using namespace std; inline int Add(int x,int y)
{int ret = x + y;return ret;
}int main() {int a = 10;int b = 20;int c = Add(a, b);return 0;
}

八、nullptr

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 0#else#define NULL ((void *)0)#endif 
#endif

 C++中NULL可能被定义为字面常量0,或者C中被定义为无类型指针(void”)的常量。

C++11中引入nullptr,nullptr是一个特殊的关键字,nullptr是一种特殊类型的字面量,它可以转换成任意其他类型的指针类型。使用nullptr定义空指针可以避免类型转换的问题,因为nullptr只能被隐式地转换为指针类型,而不能被转换为整数类型。

void f(int x)
{cout << "f(int)" << endl;
}void f(int* x)
{cout << "f(int*)" << endl;
}int main() {f(0);// 本想通过f(NULL)调⽤指针版本的f(int*)函数,//但是由于NULL被定义成0,调⽤了f(int x),因此与程序的初衷相悖。f(NULL);f((int*)NULL);f(nullptr);return 0;
}

 

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