C++入门基础知识完整版_C/C++

前言

c++是在c语言的基础上发展而来的一种面向对象编程语言，它在保留c语言强大功能的同时，引入了许多新的特性。比如面向对象编程（oop）：类, 封装, 继承, 多态四大件，引用（reference），模板（template），命名空间（namespace），异常处理（exception handling），标准模板库（stl）

本文讲解c++中的命名空间、c++输⼊&输出、缺省参数、函数重载、引用、内联函数、nullptr 等入门核心知识点

一、第一个c++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

//test.c
#include <stdio.h>
int main()
{
	printf("hello world\n");
	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。

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

二、命名空间 namespace

1. 命名空间的价值

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。

2. 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。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。

3. 命名空间的使用

指定访问（项目推荐）：test::rand
单个成员展开：using test::rand;
全局展开（练习可用，项目不推荐）：using namespace std;

使用举例：

指定命名空间

// 指定命名空间访问
int main()
{
    printf("%d\n", n::a);
    return 0;
}

单个成员展开

// using将命名空间中某个成员展开
using n::b;
int main()
{
    printf("%d\n", n::a);
    printf("%d\n", b);
    return 0;
}

全局展开

// 全局展开
using namespce n;
int main()
{
    printf("%d\n", a);
    printf("%d\n", b);
    return 0;
}

三、c++输⼊&输出

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 (of type 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。
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。

对比c语言的优势：使⽤c++输⼊输出更⽅便，不需要像printf/scanf输⼊输出时那样，需要⼿动指定格式，c++的输⼊输出可以⾃动识别变量类型

#include <iostream>
using std::cin;
using std::cout;
using std::endl;
int main()
{
	int a = 0;
	double b = 0.1;
	char c = 'x';
	//printf("%d %lf %c\n", a, b, c);
	//scanf("%d %lf %c", &a, &b, &c);
	//printf("%d %lf %c\n", a, b, c);
	//可以自动识别变量的类型
	cout << a << " " << b << " " << c << endl;
	cin >> a;
	cin >> 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 std::cout;
using std::endl;
//全缺省
void func1(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl;
}
//半缺省
void func2(int a, int b = 20, int c = 30) //必须从右往左连续设置，不能间隔
{
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl;
}
int main()
{
	func1(); //没有传参时，使⽤参数的默认值
	func1(1); //传参时，使⽤指定的实参
	func1(1, 2);
	func1(1, 2, 3);
	//func2(); //报错
	func2(100);
	func2(100, 200);
	func2(100, 200, 300);
	return 0;
}

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。

#include <iostream>
using std::cout;
using std::endl;
//1.参数类型不同
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(int left, int right)" << endl;
	return left + right;
}
//2.参数个数不同
void f()
{
	cout << "f()" << endl;
}
void f(int a)
{
	cout << "f(int a)" << endl;
}
//3.参数类型顺序不同（类型不同）
void f(int a, char b)
{
	cout << "f(int a, char b)" << endl;
}
void f(char a, int b)
{
	cout << "f(char a, int b)" << endl;
}
//返回值不同不能作为重载条件，因为调用时也无法区分
//void fxx()
//{
//
//}
//
//int fxx()
//{
//	return 0;
//}
//下⾯两个函数构成重载
//f()但是调⽤时，会报错，存在歧义，编译器不知道调⽤谁
void f1()
{
	cout << "f1()" << endl;
}
void f1(int a)
{
	cout << "f1(int a)" << endl;
}
int main()
{
	add(10, 20);
	add(10.1, 20.2);
	f();
	f(10);
	f(10, 'a');
	f('a', 10);
	return 0;
}

六、引用

概念：引用是已存在变量的别名，不开辟新内存，和原变量共用同一块空间，符号 & 复用取地址符。

类型& 引用别名 = 引用对象;

#include <iostream>
using std::cout;
using std::endl;
int main()
{
	int a = 0;
	//引用：b和c是a的别名
	int& b = a;
	int& c = a;
	//也可以给别名b取别名，d相当于还是a的别名
	int& d = b;
	++d;
	//这里取地址我们看到是⼀样的
	cout << &a << endl;
	cout << &b << endl;
	cout << &c << endl;
	cout << &d << endl;
	return 0;
}

引用的特性

引用在定义时必须初始化
一个变量可以有多个引用
引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

#include<iostream>
using std::cout;
using std::endl;
int main()
{
	int a = 10;
	// 编译报错：“ra”: 必须初始化引⽤
	//int& ra;
	int& b = a;
	int c = 20;
	// 这⾥并⾮让b引⽤c，因为c++引⽤不能改变指向，
	// 这⾥是⼀个赋值
	b = c;
	cout << &a << endl;
	cout << &b << endl;
	cout << &c << endl;
	return 0;
}

引用的使用

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⻉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。

#include <iostream>
using std::cout;
using std::endl;
//引用
void swap(int& rx, int& ry)
{
	int tmp = rx;
	rx = ry;
	ry = tmp;
}
//指针
void swap(int* x, int* y)
{
	int tmp = *x;
	*x = *y;
	*y = tmp;
}
int main()
{
	int x = 0, y = 1;
	cout << x << " " << y << endl;
	swap(x, y); //使用引用
	//swap(&x, &y); //使用指针
	cout << x << " " << y << endl;
	return 0;
}

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，因为对象的访问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 = a3; double d = 12.34; int& rd = d; 这样⼀些场景下a3的和结果保存在⼀个临时对象中， int& rd = d 也是类似，在类型转换中会产⽣临时对象存储中间值，也就是时，rb和rd引⽤的都是临时对象，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。

#include <iostream>
using std::cout;
using std::endl;
int main()
{
	const int a = 10;
	//这里的引用是对a访问权限的放大，不可以
	//int& ra = a; //报错
	//这样才可以
	const int& ra = a;
	//这里的引用是对b权限的缩小，可以
	int b = 20;
	const int& rb = b;
	return 0;
}

指针和引用的关系

特性	引用	指针
内存占用	不开辟空间	占用地址字节（32 位 4 字节 / 64 位 8 字节）
初始化	必须初始化	可不初始化
指向修改	不可改绑定	可随意改变指向
安全系数	无空引用、野引用	易出现空指针、野指针

七、内联函数 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。
vs编译器 debug版本下⾯默认是不展开inline的，这样⽅便调试，debug版本想展开需要设置⼀下以下两个地⽅。
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 std::cout;
using std::endl;
//宏
//#define add(a, b) ((a) + (b))
//内联函数
inline int add(int x, int y)
{
	int ret = x + y;
	return ret;
}
int main()
{
	int ret = add(1, 2);
	cout << add(1, 2) * 5 << endl;
	return 0;
}

// f.h
#include <iostream>
using namespace std;
inline void f(int i);
// f.cpp
#include "f.h"
void f(int i)
{
    cout << i << endl;
}
// main.cpp
#include "f.h"
int main()
{
	// 链接错误：无法解析的外部符号 "void __cdecl f(int)" (?f@@yaxh@z)
    f(10);
    return 0;
}

![内联函数_2](d:/csdn图片/8_31/内联函数_2.png)// f.h
#include <iostream>
using namespace std;
inline void f(int i)
{
    cout << i << endl;
}
// f.cpp
//不写
// main.cpp
#include "f.h"
int main()
{
	// 链接错误：无法解析的外部符号 "void __cdecl f(int)" (?f@@yaxh@z)
    f(10);
    return 0;
}

八、nullptr 空指针

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。不论采取何种定义，在使用空值的指针时，都不可避免的会遇到一些麻烦，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((void*)null); 调用会报错。
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。

![nullper空指针](d:/csdn图片/8_31/nullper空指针.png)#include<iostream>
using std::cout;
using std::endl;
void f(int x)
{
    cout << "f(int x)" << endl;
}
void f(int* ptr)
{
    cout << "f(int* ptr)" << 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);
    // 编译报错：error c2665: “f”: 2 个重载中没有一个可以转换所有参数类型
    // f((void*)null);
    f(nullptr);
    return 0;
}