C++入门知识点详谈

目录

C++关键字
命名空间
C++输入&输出
缺省参数
函数重载
引用
内联函数
auto关键字(C++11)
基于范围的for循环(C++11)
指针空值---nullptr(C++11)

1.C++关键字（C++98）

C++总计63个关键字，C语言32个关键字
以下为C++中关键字：

2.命名空间

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。

2.1 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。

//1. 普通的命名空间
namespace N1 // N1为命名空间的名称
{
    
    
 // 命名空间中的内容，既可以定义变量，也可以定义函数
 int a; 
 int Add(int left, int right) 
 {
    
    
 return left + right;
 }
}

//2. 命名空间可以嵌套
namespace N2
{
    
    
 	int a;
 	int b;
 	int Add(int left, int right)
	 {
    
    
	 	return left + right;
	 }
 	namespace N3
	{
    
    
 		int a;
 		int b;
 		int Add(int left, int right)
 			{
    
    
				return left + right;
 			}
}
//3. 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。
namespace N1
{
    
    
 	int Mul(int left, int right)
 	{
    
    
 		return left * right;
	}
}
注意：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

2.2命名空间的使用

命名空间的使用有三种方式：
1.加命名空间名称及作用域限定符 “::”

int main()
{
    
    
 printf("%d\n", N::a); //N为命名空间名称
 return 0; 
}

2.使用using将命名空间中成员引入，相当于将N命名空间中的变量当成全局变量来使用
优点：当对命名空间中某些成员频访问时，代码编写简单。
缺点：有相同变量名时会冲突。

using N::b; //将成员b引入
int main()
{
    
    
 printf("%d\n", N::a);
 printf("%d\n", b);
 return 0; 
}

3.使用using namespace 命名空间名称引入，相当于将N命名空间中所有成员变量当成全局变量
优点：当对命名空间中某些成员频访问时，代码编写简单。
缺点：有相同变量名时会冲突。

using namespce N;
int main()
{
    
    
 printf("%d\n", N::a);
 printf("%d\n", b);
 Add(10, 20);
 return 0; 
}

对于单纯全局变量的使用：

int a=20; //这里的变量a就是全局变量
int main()
{
    
    
	int a=10; //这里的a是main函数作用域里的变量
	printf("a=%d\n",a); //此时打印出来的值应该是a=10 这是因为就近原则
	那么要访问全局作用域中的a需要使用作用域运算符“::”
	printf("a=%d\n",::a);//此时打印出来的值就是a=20，::a 明确说明要访问全局作用域的a
}

3.C++ 输入输出

1. 使用cout标准输出(控制台)和cin标准输入(键盘)时，必须包含< iostream >头文件以及std标准命名空间。注意：早期标准库将所有功能在全局域中实现，声明在.h后缀的头文件中，使用时只需包含对应头文件即可，后来将其实现在std命名空间下，为了和C头文件区分，也为了正确使用命名空间，规定C++头文件不带.h；旧编译器(vc 6.0)中还支持<iostream.h>格式，后续编译器已不支持，因此推荐使<iostream>+std的方式。

2. 使用C++输入输出更方便，不需增加数据格式控制，比如：整形--%d，字符--%c

代码示例：

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
    
    
	int a;
 	double b;
 	char c;
 	cin>>a; //输入a的值
	cin>>b>>c;//输入b和c的值
 	cout<<a<<endl; //输出a的值
 	cout<<b<<" "<<c<<endl;//输出b和c的值
 	cout<<"Hello world!!!"<<endl; //输出“Hello world!!!”这个字符串
 	return 0; 
}

4.缺省参数

4.1概念：

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。

4.2缺省参数分类：

1.全缺省参数：每个参数都有默认值。

void TestFunc(int a = 10, int b = 20, int c = 30) {
    
    
 cout<<"a = "<<a<<endl;
 cout<<"b = "<<b<<endl;
 cout<<"c = "<<c<<endl; }

2.半缺省参数：部分参数带有默认值；只能从右往左依次给出,也就是说带默认值的要在不带默认值的右边。

缺省参数可以从声明位置给出，也可以从定义位置给出，但不能两个位置同时给出（一般在声明位置给出）

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

注意：

1. 半缺省参数必须从右往左依次来给出，不能间隔着给
2. 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现
//a.h
void TestFunc(int a = 10); //函数声明处
// a.c
void TestFunc(int a = 20)//函数定义处
{}
// 注意：如果生命与定义位置同时出现，恰巧两个位置提供的值不同，那编译器就无法确定到底该用那个缺省值。
3. 缺省值必须是常量或者全局变量
4.C语言不支持（编译器不支持）

5.函数重载

5.1概念：

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(参数个数或类型或顺序)必须不同，常用来处理实现功能类似数据类型不同的问题。
参数列表不同体现：1.参数个数，2.参数列表不同，3.参数类型的次序不同
注意：如果两个函数仅仅返回类型不同，则不能构成重载。

int Add(int left, int right)
{
    
    
 	return left+right; 
}
double Add(double left, double right) 
{
    
    
 	return left+right; 
}
long Add(long left, long right) 
{
    
    
 	return left+right; 
}
int main()
{
    
    
 	Add(10, 20);
 	Add(10.0, 20.0); //函数名称都为Add ，参数列表以及返回值都不相同
 	Add(10L, 20L);
 	return 0; 
}

调用原理：

在编译阶段，会对函数实参类型进行推演，根据推演的实际结果找类型匹配的函数进行调用。
//如果有类型匹配的函数，则直接调用。
//如果没有类型完全匹配的函数，会进行隐式类型转换，转换后如果有对应的函数，则进行调用，如果没有或转换后存在二义性，则编译器会报错。

5.2名字修饰

C++支持函数重载，而C语言不支持函数重载
在C/C++中，一个程序要运行起来，需要经历以下几个阶段：预处理、编译、汇编、链接。

在c语言中编译函数时，会对函数进行简单的名字修饰，即在函数名前加 **_**，不管是int Add（int a, int b）还是double Add(double a, double b),编译器都会修饰成"_Add",所以C语言中无法区分同名函数。
在C++中，编译器会将参数类型添加到最终的名字中，一般H代表int，N代表double，M代表float。
在Linux中，名字修饰形式为 **_z** 函数名字母个数 函数名 参数首字母 例如：Add（int a,double b）这个函数，名字修饰成：_z3Addid 

5.3 extern “C”

有时候在C++工程中可能需要将某些函数按照C的风格来编译，在函数前加extern “C”，意思是告诉编译器，将该函数按照C语言规则编译。
比如说在 .cpp文件中

extern "C" int Add(int left, int right);
int main()
{
    
    
 	Add(1,2);   
 	return 0; 
}
不加extern "c",编译器会将函数名修饰为:?Add@@YAHHH@Z
而加上extern "c"编译器会将函数名修饰为:_Add

6.引用

6.1概念

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。

使用形式: 类型& 引用变量名(对象名)=引用实体;
//"&"出现在类型之后，表示引用。

void TestRef()
{
    
    
 int a = 10;
 int& ra = a;//<====定义引用类型
 
 printf("%p\n", &a);
 printf("%p\n", &ra);
}
注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的

6.2引用特性

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

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); 
}

6.3 常引用

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; 
}

6.4 使用场景

1.做参数

void Swap(int& left, int& right) 
{
    
    
 int temp = left;
 left = right;
 right = temp; 
}

2.做返回值

int& Count()
{
    
    
 static int n = 0；
 n++;
 // ...
 return n; 
}

注意：如果函数返回时，出了函数作用域，如果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。

6.5传值、传引用效率比较

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。

6.6引用和指针的区别

在语法概念上引用就是一个别名，没有独立空间，和其引用实体共用同一块空间。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。

引用和指针的不同点:

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

7. 内联函数

7.1 概念

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，没有函数压栈的开销，内联函数提升程序运行的效率。

7.2 特性

inline是一种以空间换时间的做法，省去调用函数额开销。所以代码很长或者有循环/递归的函数不适宜使用作为内联函数。
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的函数体内有循环/递归等等，编译器优化时会忽略掉内联。
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。

8. auto关键字(C++11)

8.1 auto简介

在早期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。
C++11中，标准委员会赋予了auto全新的含义即：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。

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;
 
 //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; }

【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。

8.2 auto的使用细则

1. 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 main()
{
    
    
 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;
 *a = 20;
 *b = 30;
 c = 40;
 return 0; 
 }

2. 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。

void TestAuto()
{
    
    
 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
}

8.3 auto不能推导的场景

1. 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)
{
    
    }

2. auto不能直接用来声明数组

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

3. 为了避免与C++98中的auto发生混淆，C++11只保留了auto作为类型指示符的用法
4. auto在实际中最常见的优势用法就是跟以后会讲到的C++11提供的新式for循环，还有lambda表达式等进行配合使用。

9. 基于范围的for循环(C++11)

9.1 范围for的语法

在C++98中如果要遍历一个数组，可以按照以下方式进行：

void TestFor()
{
    
    
 		int array[] = {
    
     1, 2, 3, 4, 5 };
 for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
		 array[i] *= 2;
 for (int* p = array; p < array+sizeof(array)/sizeof(array[0]);++p)
 		cout << *p << endl; 
 }

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。

void TestFor()
{
    
    
 int array[] = {
    
     1, 2, 3, 4, 5 };
 for(auto& e : array)
	 e *= 2;
 for(auto e : array)
 	cout << e << " ";
 return 0; 
}

注意：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。

9.2 范围for的使用条件

1. 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。
   注意：以下代码就有问题，因为for的范围不确定。

void TestFor(int array[])
{
    
    
 for(auto& e : array)
 	cout<< e <<endl; 
}

2. 迭代的对象要实现++和==的操作。

10. 指针空值nullptr(C++11)

10.1 C++98中的指针空值

在良好的C/C++编程习惯中，声明一个变量时最好给该变量一个合适的初始值，否则可能会出现不可预料的错误，比如未初始化的指针。如果一个指针没有合法的指向，我们基本都是按照如下方式对其进行初始化：

void TestPtr()
{
    
    
 int* p1 = NULL;
 int* p2 = 0;
 // ……
}

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

可以看到，NULL可能被定义为字面常量0，或者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，比如:

void f(int) 
{
    
    
 	cout<<"f(int)"<<endl; 
 }
void f(int*) 
{
    
    
 	cout<<"f(int*)"<<endl;
 }
int main()
{
    
    
 	f(0);
 	f(NULL);
 	f((int*)NULL);
 	return 0; 
 }

程序本意是想通过f(NULL)调用指针版本的f(int*)函数，但是由于NULL被定义成0，因此与程序的初衷相悖。
在C++98中，字面常量0既可以是一个整形数字，也可以是无类型的指针(void*)常量，但是编译器默认情况下将其看成是一个整形常量，如果要将其按照指针方式来使用，必须对其进行强转(void *)0。
注意：

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。
在C++11中，sizeof(nullptr) 与 sizeof((void*)0)所占的字节数相同。
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。