C++基础（C的补充）

企业开发 2023-07-11 22:00:39 阅读次数: 0

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前言

C语言是结构化和模块化的语言，适合处理较小规模的程序。对于复杂的问题，规模较大的程序，需要高度的抽象和建模时，C语言则不合适。为了解决软件危机， 20世纪80年代， 计算机界提出了OOP(object oriented programming：面向对象)思想，支持面向对象的程序设计语言应运而生

本篇文章作为C语言到C++的过渡，先介绍C++除了类和对象以外，对C语言在语法方面的扩展：如命名空间（域）、输入输出、缺省参数、函数重载、引用、内联函数、auto关键字、范围for，空指针nullptr等

一、C++关键字（C++98）

C++总计有63个关键字，C语言有32个关键字
在这里插入图片描述

二、命名空间使用

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 命名空间定义

定义命名空间，需要使用到namespace关键字，后面跟命名空间名字，然后接一对{}即可，{}中即为命名空间成员

namespace N1
{
    
    
	int a = 1;
	int Add(int left, int right)
	{
    
    
		return left + right;
	}
	namespace N2    //命名空间可以嵌套
	{
    
    
		int a = 2;    //在不同的域中，命名不冲突
		int Add(int left, int right)  //在不同的域中，命名不冲突
		{
    
    
			return left + right;
		}
	}
}

2.2 命名空间的使用

命名空间的使用有三种方法：

1. 命名空间名称及作用域限定符

namespace N1
{
    
    
	int a = 1;
	int Add(int left, int right)
	{
    
    
		return left + right;
	}
	namespace N2
	{
    
    
		int a = 2;
		int Add(int left, int right)
		{
    
    
			return left + right;
		}
	}
}

int main()
{
    
    
	printf("%d\n", N1::a);   //1
	printf("%d\n",N1::N2::a);  //2
	return 0; 
}

2.使用using将命名空间中成员引入

using N1::a;
int main()
{
    
    
	printf("%d\n", a);  
	return 0;
}

3.使用using namespace 命名空间名称引入

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

三、C++输入&输出

C++库为了防止命名冲突，把自己库里面的东西都定义在一个std的命名空间中
要使用标准库中的东西，有三种方式：
1、指定命名空间，最规范化的方式
2、把std整个展开，相当于库里面的东西都到全局域了
3、对部分常用的库里面的东西展开

#include<iostream>
using namespace std;    //2、把std整个展开，相当于库里面的东西都到全局域了
using std::cout;
using std::endl;   //3、对部分常用的库里面的东西展开
int main()
{
    
    
	cout << "hello world" << endl;
	std::cout << "hello world" << std::endl; 1、指定命名空间,最规范化的方式
	return 0;
}

在这里插入图片描述

说明：
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
2. 使用C++输入输出不需要考虑数据格式控制，因为涉及以后的知识—函数重载
3. 老一点的C++标准用<iostream.h>，没有std命名空间

四、缺省参数

4.1 缺省参数概念

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

void fun(int a = 0)
{
    
    
	cout << a << endl;
}
int main()
{
    
    
	fun();    // 0  没有传参，采用默认值
	fun(5);   // 5  传入实参，采用指的实参
	return 0;
}

4.2 缺省参数分类

  • 全缺省参数
void TestFunc(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
void TestFunc(int a, int b = 10, int c = 20)
{
    
    
	cout<<"a = "<<a<<endl;
 	cout<<"b = "<<b<<endl;
	cout<<"c = "<<c<<endl;
}

注：
1.半缺省参数必须从右往左依次来给出，不能间隔给
2.缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现
3.缺省值必须是常量或者全局变量
C语言不支持(编译器不支持)

五、函数重载

5.1 函数重载概念

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

//函数重载
int Add(int a, int b)
{
    
    
	return a + b;
}
double Add(double a, double b)
{
    
    
	return a + b;
}
long Add(long a, long b)
{
    
    
	return a + b;
}

int main()
{
    
    
	Add(10, 20);
	Add(10.0, 20.0);
	Add(10L, 20L);

	return 0;
}

short Add(short left, short right)
{
    
    
	return left + right;
}
//int Add(short left, short right)   //不构成函数重载,			
//{                                  //函数重载只看形参的个数、类型、顺序
//	return left + right;
//}

5.2 名字修饰

为什么C++支持函数重载，而C语言不支持函数重载呢？

在C/C++中，一个程序要运行起来，需要经历几个阶段：预处理，编译，汇编，链接
在这里插入图片描述

1.链接器看到a.o调用Add，但是没有Add的地址，就会到b.o的符号表中找Add的地址，然后链接到一起
2.那么链接时，面对Add函数，连接器会使用哪个名字去找呢？这里每个编译器都有自己的函数名修饰规则。
3. 通过下面我们可以看出gcc的函数修饰后名字不变。而g++的函数修饰后变成【_Z+函数长度+函数名+类型首字母】

采用C语言编译器编译后的结果
在这里插入图片描述
采用C++编译器编译后结果

在这里插入图片描述

Windows下名字修饰
在这里插入图片描述对比Linux会发现，windows下C++编译器对函数名字修饰非常诡异，但道理都是一样的

总结：通过这里就理解了C语言无法支持函数重载，因为同名函数没办法区分。而C++是通过函数修饰规则来区分，只要参数不同，修饰出来的名字就不一样，就支持了重载

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语言规则来编译

extern "C" int Add(int a, int b)
{
    
    
	return a + b;
}
int main()
{
    
    
	Add(10, 20);
	return 0;
}

六、引用

6.1 引用概念

引用不是新定义一个变量，而是给已存在的一块空间起一个别名，编译器不会为引用变量开辟内存空间，它和它的引用的变量公用同一块内存空间

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；

在这里插入图片描述

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. 一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

6.3 常引用

 void TestConstRef()
{
    
    
	const int a = 0;
	//int& b = a;   //error  a为常变量, 别名b会将a的只读的权限放大
	const int& b = a;  
	double e = 0.0; 
	const double& c = a;  //a要进行算术转换为double类型，
	                     //会生成一个double类型的临时变量，临时变量具有常属性
	                     //所以要加const
   const int& f = e;   //与上同理
}

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;
}
//int& Add(int a, int b)
//{
    
    
 	//int c = a + b;
 	//return c;         //这里c是临时变量，传引
//}
int main()
{
    
    
	 int& ret = Add(1, 2);
	 Add(3, 4);
 	 cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <<endl;
 	 return 0;
}

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。
在这里插入图片描述

6.5 传值、传引用作为参数的性能比较

以值作为参数或者返回值类型，在传参和返回值期间，函数不会直接传递参数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，效率就更低

#include <time.h>
struct A 
{
    
     
	int a[10000] = {
    
     0 };
};
void TestFunc1(A a)
{
    
    }

void TestFunc2(A& a)
{
    
    }

void TestRefAndValue()
{
    
    
	A a;
	// 以值作为函数参数
	size_t begin1 = clock();

	for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
		TestFunc1(a);

	size_t end1 = clock();


	// 以引用作为函数参数
	size_t begin2 = clock();

	for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
		TestFunc2(a);

	size_t end2 = clock();
	
	// 分别计算两个函数运行结束后的时间
	cout << "TestFunc1(A)-time:" << end1 - begin1 << endl;
	cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;

}

int main()
{
    
    
	TestRefAndValue();
	return 0;
}

在这里插入图片描述

6.6 值和引用的作为返回值类型的性能比较

#include <time.h>
struct A {
    
     int a[10000]; };
A a;
// 值返回
A TestFunc1() {
    
     return a; }
// 引用返回
A& TestFunc2() {
    
     return a; }
void TestReturnByRefOrValue()
{
    
    
	// 以值作为函数的返回值类型
	size_t begin1 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
		TestFunc1();
	size_t end1 = clock();
	// 以引用作为函数的返回值类型
	size_t begin2 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
		TestFunc2();
	size_t end2 = clock();
	// 计算两个函数运算完成之后的时间
	cout << "TestFunc1 time:" << end1 - begin1 << endl;
	cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;
}

int main()
{
    
    
	TestReturnByRefOrValue();
	return 0;
}

在这里插入图片描述
通过上述代码的比较，发现传值和指针在作为传参以及返回值类型上效率相差很大。

6.7 引用和指针的区别

  1. 引用在定义时必须初始化，指针没有要求（不初始化为野指针）
  2. 引用在初始化时引用一个实体后，不能再引用其他实体，而指针可以任何时候指向任意类型实体
  3. 有多级指针，没有多级引用
  4. 引用比指针用起来更安全
  5. 没有NULL引用，但有NULL指针
  6. 引用自加1即引用实体增加1，指针自加即指针向后偏移指向类型的一个字节大小
  7. sizeof(引用)就是引用类型的大小，sizeof(指针)只和地址空间所占字节数有关（32位平台下占4个字节）

七、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
在这里插入图片描述如果在上述函数前增加inline关键字将其改成内联函数，在编译期间编译器会用函数体替换函数的调用。

在这里插入图片描述

7.2 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。所以代码很长或者有循环/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的函数体内有循环/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
  2. 函数定义 换用内联函数

八、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，但遗憾的是一直没有人去使用它
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 main()
{
    
    
	int a = 0;
	auto b = a;
	auto c = 'a';
	auto d = 3.14;

	cout << typeid(a).name() << endl;
	cout << typeid(b).name() << endl;
	cout << typeid(c).name() << endl;
	cout << typeid(d).name() << endl;
}

在这里插入图片描述

【注意】

使用auto定义变量时必须对其初始化，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，但是用auto声明引用类型必须加&

在这里插入图片描述

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};   //error
}

3.为了避免与C++98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C++11提供的新式for循环，还有lambda表达式等进行配合使用

九、基于范围的for循环（C++11）

9.1范围for的语法

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。

int main()
{
    
    
	int a[] = {
    
     1,2,3,4,5,6,7,89,90 };
	for (int e : a)
	{
    
    
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	for (auto& e : a)
	{
    
    
		cout << e << " ";
	}
}

在这里插入图片描述

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==操作

十、空指针nullptr（C++11）

在C语言中，表示空指针的方法一般是：

   int* p1 = NULL;

NULL实际是一个宏，在传统的C头文件(stddef.h)中，可以看到：

#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

在这里插入图片描述

在C++调用函数时，f(NULL)本意是调用f(int*)，但是在预处理阶段将NULL替换为0，与程序本意相悖，所以在C++11引入空指针nullptr

注意：
1.在使用nullptr表示空值时，不需要包含头文件，因为nullptr是C++11作为新关键字引入的
2. 在C++11中，sizeof(nullptr)与sizeof((void)0)所占用字节数相同*

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转载自blog.csdn.net/weixin_54792212/article/details/123695497
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