C++基础
全文目录
- 命名空间
- 命名冲突
- 命名空间的定义
- 命名空间的使用
- 缺省参数
- 全缺省函数
- 半缺省参数
- 函数重载
- 重载方式
- 重载原理
- `extern "C"`
- 引用
- 引用的声明与常引用
- 引用的特性
- 引用的使用
- 作参数
- **做返回值**
- 引用和指针的区别
- 内联函数
- 特性
- `auto`（C++11）
- 使用规则
- 不能推导的场景
- 范围for
- 使用条件
- nullptr
命名空间
在 C / C + + C/C++ 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。
命名冲突
#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); // stdlib库中有一个函数rand
return 0;
}
// 编译后后报错：error C2365: “rand”: 重定义；以前的定义是“函数”
namespace就可以解决这样的冲突
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。
一个命名空间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
- 正常定义：
namespace zhangsan
{
// 命名空间中可以定义变量/函数/类型
int rand = 10;
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
struct Node
{
struct Node* next;
int val;
};
}
- 嵌套定义：
命名空间可以嵌套定义
// test.cpp
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;
}
}
}
- 多文件定义：
同一个工程中可以定义多个同名的命名空间，最后编译的时候编译器会将这多个命名空间合并成一个。
// test.h
namespace N1
{
int Mul(int left, int right)
{
return left * right;
}
}
效果：
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;
}
}
int Mul(int left, int right)
{
return left * right;
}
}
命名空间的使用
定义一个命名空间：
namespace N1
{
int a;
int b;
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
}
如果想要使用命名空间中的成员有以下三种方法：
- 加命名空间名称及作用域限定符
int main()
{
printf("%d\n", N::a);
return 0;
}
- 使用
using引入命名空间中的成员
using N::b;
int main()
{
printf("%d\n", N::a);
printf("%d\n", b);
return 0;
}
- 使用
using namespace直接展开命名空间
using namespce N;
int main()
{
printf("%d\n", N::a);
printf("%d\n", b);
Add(10, 20);
return 0;
}
在项目中一般不直接展开命名空间，这样会导致命名污染，但是在平常练习时还是展开命名空间较为方便
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。
全缺省函数
函数参数都有缺省值
void Func(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{
cout<<"a = "<<a<<endl;
cout<<"b = "<<b<<endl;
cout<<"c = "<<c<<endl;
}
半缺省参数
只有部分参数有缺省值：
void Func(int a, int b = 10, int c = 20)
{
cout<<"a = "<<a<<endl;
cout<<"b = "<<b<<endl;
cout<<"c = "<<c<<endl;
}
半缺省参数的规则：
void Func(int a, int b = 10, int c = 20);
void Func(int a = 10, int b, int c = 20); // err
void Func(int a = 20, int b = 10, int c); // err
- 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现（主要看声明）
- 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。
重载方式
- 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;
}
- 参数个数不同
void f()
{
cout << "f()" << endl;
}
void f(int a)
{
cout << "f(int a)" << endl;
}
- 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;
}
重载原理
每个C/C++程序都会经历预处理、编译、汇编、链接，在汇编阶段会生成符号表，然后在链接阶段进行符号重定位等一系列操作，保证函数在程序运行期间能够成功调用。
这里汇编阶段生成的符号表就是问题的关键所在，我们可以通过分别查看C语言的符号表和C++的符号表：
- C语言符号表
#include <stdio.h>
int add(int a, int b)
{
return a + b;
}
void func(int a, double b)
{
printf("func(int a, double b);\n");
}
int main()
{
return 0;
}
符号表里面只有函数名
- C++符号表
#include <stdio.h>
int add(int a, int b)
{
return a + b;
}
double add(double a, double b)
{
return a + b;
}
void func(int a, double b, int* ptr)
{
printf("func(int a, double b, int* ptr);\n");
}
int main()
{
return 0;
}
符号表中的函数名后面将函数的参数带上了
链接时链接器就是通过符号表中的函数名将调用的函数链接起来。其中C语言中的符号表中只有函数名，所以不能有多个同名的函数。
C++的汇编结束后，看似相同的函数其实在底层有了不同的名字，这就是C++的命名修饰
那么函数重载就是通过命名修饰准确找到对应的函数的地址，从而实现重载。
extern "C"
既然C语言与C++的函数命名修饰规则不同，那么两者交叉调用的时候就会导致函数链接不上。因为C++兼容C，所以不管是C调用C++还是C++调用C，都需要在C++的函数声明中加上extern "C"来告诉编译器使用C语言的函数命名修饰规则来编译。
- C++ 调用C的库
当C++程序想要使用C的库时，可以直接使用extern "C"修饰库文件的声明，告诉编译器将库中的函数使用C的函数命名修饰规则来命名
extern "C"
{
#include "...."
}
- C 调用C++的库
当C想要调用C++的函数时，因为C中没有extern "C" 这一说法，所以在C++库中需要条件编译才能修改命名修饰规则
// __cplusplus:是C++编译器中定义的宏，即用该宏来检测是C工程还是C++工程
#ifdef __cplusplus
extern "C"
{
#endif
// 要导出函数的声明
#ifdef __cplusplus
}
#endif
条件编译的作用：
如果是C++工程，编译器已经定义
__cplusplus宏，编译时该宏是可以被识别的，被声明的函数就被extern "C"修饰了，
此时C++编译就知道，静态库中的函数是按照C的方式编译的，这样在链接时就会按照C的方式找函数名字
如果是C工程，编译器未定义__cplusplus宏，编译时该宏无法被是被，则条件编译就无效，函数就不会被extern "C"修饰
引用
引用就是某一变量（目标）的一个别名，对引用的操作与对变量直接操作完全一样。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。
引用的声明与常引用
引用的声明方法：类型标识符 &引用名=目标变量名
int a = 10;
int& ra = a;//<====定义引用类型
常引用：
常量与const修饰的变量的引用也要具有常性
void TestConstRef()
{
const int a = 10;
//int& ra = a; // 该语句编译时会出错，a为常量（权限不能放大）
const int& ra = a;
// int& b = 10; // 该语句编译时会出错，b为常量
const int& b = 10;
int c = 10;
const int& rc = c; // 权限可以缩小
double d = 12.34;
//int& rd = d; // 该语句编译时会出错，类型不同
const int& rd = d;
}
注意： 引用类型必须和引用实体是同种类型的
引用的特性
- 引用在定义时必须初始化
int a = 10;
int& ra = a;//<====定义引用类型
int& rb; // err
- 一个变量可以有多个引用
int a = 10;
int& ra = a;//<====定义引用类型
int& rb = a;
int& rra = ra; // 引用的引用 = 变量的引用
- 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体
int a = 10;
int b = 20;
int& ra = a;//<====定义引用类型
ra = b; // 对a进行赋值
引用的使用
作参数
- 输出型参数
实参的值可能会改变的参数
// 需要改变实参的值
void Swap(int& left, int& right)
{
int temp = left;
left = right;
right = temp;
}
- 大对象传参，提高效率
为大对象起别名，不会开辟新的空间，减少对象拷贝的消耗
做返回值
一般的传值返回是将返回对象拷贝一份临时对象（具有常性）并返回（不管是不是全局的或者静态的），而传引用返回就是将返回对象所占的空间起个别名进行返回。
如果引用返回的对象是在栈上开辟的空间，就可能会发生意向不到的结果，这里设计到函数栈帧的销毁和创建，如果返回的对象出了函数的栈帧中还存在才能使用传引用返回。
int& Func()
{
int n = 10;
n ++;
return n;
}
int main()
{
int& n = Func();
cout << n << endl; // 可能能够得到11
cout << n << endl; // 可能得到随机值
return 0;
}
- 修改返回值
当返回的对象合理时，就可以通过引用返回来修改该对象的值。而传值返回就不能进行直接修改，因为返回的临时对象具有常性。
int& SLModify(SL& sl, int pos)
{
...
}
SLModify(sl, 0)++;
- 大对象返回，提高效率
根大对象传参一样，减少拷贝消耗的时间。
引用和指针的区别
- 底层区别
通过汇编指令：
汇编指令都是一样的，可以说引用的底层就是按照指针的方式实现的。
- 语法上的区别
- 引用概念上定义一个变量的别名，没有独立空间，指针有独立空间，存储一个变量地址。
- 引用在定义时必须初始化，指针没有要求
- 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
- 没有NULL引用，但有NULL指针
- 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)
- 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
- 有多级指针，但是没有多级引用
- 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
- 引用比指针使用起来相对更安全
内联函数
关键字：inline
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，内联函数会提升程序运行的效率。
普通函数：
内联函数：
C语言中的宏同样有内联函数的功能但是宏的缺点过于明显：
- 可读性差
- 宏由于类型无关，也就不够严谨。
- 宏可能会带来运算符优先级的问题，导致程序容易出现错。
- 宏是没法调试的。
内联函数继承了宏的优点的同时，又解决了宏的缺点，所以在平时尽量使用内联函数来替代宏。
特性
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。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、频繁调用的函数采用inline修饰，否则编译器会忽略inline特性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。
auto（C++11）
在早期，使用auto修饰的变量，是具有自动存储器的局部变量。
在C++11 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声明的变量必须由编译器在编译时期推导而得。
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。
使用规则
auto与指针和引用结合起来使用
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&
int x = 10;
auto a = &x;
auto* b = &x;
auto& c = x;
cout << typeid(a).name() << endl;
cout << typeid(b).name() << endl;
cout << typeid(c).name() << endl;
- 在同一行定义多个变量
当在同一行声明多个变量时，这些变量必须是相同的类型，否则编译器将会报错，因为编译器实际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。
auto a = 1, b = 2;
auto c = 3, d = 4.0; // 该行代码会编译失败，因为c和d的初始化表达式类型不同
不能推导的场景
auto不能作为函数的参数
// 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);
auto不能直接用来声明数组
int a[] = {1,2,3};
auto b[] = {4，5，6}; // err
范围for
使用语法：
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。
for (auto e : array)
使用条件
for循环迭代的范围必须是确定的对于数组而言，就是数组中第一个元素和最后一个元素的范围；对于类而言，应该提供begin和end的方法，begin和end就是for循环迭代的范围。
void TestFor(int array[]) // 数组名传参会退化为首地址，找不到尾
{
for(auto& e : array) // err
cout<< e <<endl;
}
nullptr
C语言中的NULL实际上是一个宏，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
既然是宏就可能会有类型相关的错误：
void f(int)
{
cout<<"f(int)"<<endl;
}
void f(int*)
{
cout<<"f(int*)"<<endl;
}
int main()
{
f(0); // f(int)
f(NULL); // f(int)，与预期不一样的结果
f((int*)NULL); // f(int*)
return 0;
}
nullptr是C++中的关键字，在后续代码中最好使用nullptr 代替NULL。