C++语言学习（二）——C++对C语言基础语法的扩展
C++是基于C语言扩展发展而来的面向对象的程序设计语言，本文将主要讨论C++语言基于C语言扩展的方面。
一、实用性增强
C语言中变量的定义必须在作用域开始的位置进行定义。
#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int i;//定义变量
int j;
//使用变量
for(i = 0; i < 10; i++)
{
for(j = 0; j < 10; j++)
{
}
}
//error: 'for' loop initial declarations are only allowed in C99 mode
for(int k = 0; k < 10; k++)
{
}
return 0;
}C++更强调语言的实用性，C++中所有的变量可以在需要使用时再定义。
#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc, char *argv[])
{
int a = 7;
//使用时定义变量
for(int i = 0; i < 10; i++)
{
for(int j = 0; j < 10; j++)
{
}
}
return 0;
}二、类型增强
1、类型检查更严格
在C语言中：
const int a = 100;
int *p = &a;在C++语言中：
const int a = 100;//必须在定义的时候初始化
const int *p = &a;//类型必须严格匹配在C++语言中不能隐式转换数据类型。error: invalid conversion from 'const int*' to 'int*' [-fpermissive]
2、bool类型
C语言中，没有定义bool类型，表示真用非0，假用0。
C++语言中，定义了自己的bool类型，真为true，假为false，是基本类型。sizeof（bool） = 1
C++编译器会将非0值转换为true，0转换为false
#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc, char *argv[])
{
bool a = 0;
printf("a = %d\n", a);//0
bool b = -1;
printf("b = %d\n", b);//1
b = b + 1;//1 + 1 = 2 => 1
printf("b = %d\n", b);//1
printf("sizeof(bool) = %d\n", sizeof(bool));//1
return 0;
}3、枚举
C语言中枚举本质就是整型，枚举变量可以用任意整型赋值。而c++中枚举变量，只能用被枚举出来的元素初始化。
在C语言中，枚举的使用
#include <stdio.h>
enum weekday
{
monday,tuesday,wednesday,thursday,friday,saturday,sunday
};
int main(int argc, char **argv)
{
enum weekday day = monday;
enum weekday a = sunday;
enum weekday b = 100;
//weekday c = sunday;错误用法，需要使用enum声明
printf("%d %d %d\n", day, a, b);
return 0;
}在C++语言中枚举的使用
enum weekday
{
monday,tuesday,wednesday,thursday,friday,saturday,sunday
};
int main()
{
weekday day = sunday;
enum weekday a = monday;
cout<<day<<" "<<a<<endl;
return 0;
}4、表达式做左值
C语言中表达式不可以做左值，C++中某些表达式可以做左值。(a = b) = 6;
5、register关键字
register关键字请求编译器将局部变量存储到寄存器中。
C语言中，无法获取register关键字修饰的局部变量的地址。
C++语言中，C++依然支持register关键字，但C++编译器对register关键字进行了优化，C++语言中可以获取register变量的地址。对于早期的C++编译器，C++编译器发现程序中需要获取register关键字修饰的变量地址时，register关键字对变量的声明失效；对于现代C++编译器，register关键字的存在只是为了兼容C语言，register关键字本身已经无任何意义。
6、全局变量
C语言中可以重复定义多个重名的全局变量，同名的全局变量被链接到全局数据区的一个地址空间。
#include <stdio.h>
//定义重名的全局变量合法
int a;
int a;
int main(int argc, char *argv[])
{
return 0;
}C++语言不允许定义多个同名的全局变量。
#include <iostream>
using namespace std;
//定义重名的全局变量是非法的
int a;
int a;
//error: redefinition of 'int a'
int main(int argc, char *argv[])
{
return 0;
}7、struct
C语言中，struct定义了一种变量的集合，struct定义的标识符不是一种新类型。C语言中的struct内部不可以定义函数。
#include <stdio.h>
struct tag_student
{
const char* name;
int age;
};
typedef struct tag_student Student;
int main(int argc, char *argv[])
{
//合法定义
Student s;
s.name = "lee";
s.age = 30;
//非法定义
tag_student ts;//error: unknown type name 'tag_student'
//合法定义
struct tag_student sts;
sts.name = "bauer";
sts.age = 23;
return 0;
}C语言中只有使用typedef关键字重命名struct后才可以使用Student定义变量。
C++语言中struct用于定义一种全新的类型，可以使用struct定义的标识符直接定义变量。
#include <iostream>
using namespace std;
struct Student
{
const char* name;
int age;
};
int main(int argc, char *argv[])
{
Student s;
s.name = "bauer";
s.age = 20;
return 0;
}8、函数参数
在C语言中，函数在定义时没有给出参数、返回值的类型，默认为int。
int f()表示返回值为int，接受任意参数的函数
f(void)表示返回值为int的无参数函数
#include <stdio.h>
//接受任意个参数，返回int类型
func1()
{
return 30;
}
//无参函数，返回int类型
func2(void)
{
return 20;
}
//参数i默认为int类型
void func3(i)
{
printf("i = %d\n", i);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int a = func1(1,2,3);
printf("a = %d\n", a);//30
int b = func2();
printf("b = %d\n", b);//20
func3(10);//10
return 0;
}C++语言中，所有的标识符都必须显示的声明类型。C语言中的默认类型在C++中是不合法的。
#include <iostream>
using namespace std;
//error: ISO C++ forbids declaration of 'func1' with no type [-fpermissive]
func1()
{
return 30;
}
//无参数，返回int
int func2()
{
return 20;
}
int func3(void)
{
return 10;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
//error: too many arguments to function 'int func2()'
int a = func2(20);
int b = func2();
int c = func3();
return 0;
}9、const
C语言中，const修饰的变量是只读的，本质还是变量，可以借助指针修改变量空间的值；const修饰的变量会分配存储空间，const修饰的局部变量分配在栈上，const修饰的全局变量分配在只读存储区，修改const修饰的全局变量的值将会导致异常错误；const只在编译期有效，在运行期无效；const关键词用于向编译器表明const修饰的变量不能做左值。
#include <stdio.h>
//const全局变量，分配在只读存储区
const int number = 10;
int main(int argc, char *argv[])
{
const int c = 0;
int* p = (int*)&c;//编译器会为c分配空间
printf("Begin...\n");
*p = 5;
printf("c = %d\n", c);//5
c = 10;//error: assignment of read-only variable 'c'
int* cp = &number;
*cp = 100;//程序异常
const int number = 10;
int array[number] = {0};//只读变量，编译时无法确定其值
//error: variable-sized object may not be initialized
printf("End...\n");
return 0;
}C++语言中，对C语言基础的const进行了优化处理。编译器编译过程中遇到const修饰的标识符时，会将const修饰的标识符放入符号表中。如果后续编译过程中发现const修饰的标识符时，直接使用符号表中const修饰的标识符对应的值直接替换。但在以下情况下C++编译器会给const声明的常量分配空间：
A、const修饰的常量为全局（extern修饰），并且需要在其它文件中使用
B、使用&操作符对cosnt常量取地址
C++编译器虽然会对const常量分配空间，但不会使用其存储空间的值。
const常量的判别：
A、只有用字面量初始化的const常量才会进入符号表
B、使用其他变量初始化的const常量仍然是只读变量
C、被volatile修饰的const常量不会进入符号表
const引用类型与初始化变量的类型相同时，初始化变量为只读变量；不同时，生成一个新的只读变量。
#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc, char *argv[])
{
const int a = 10;
//error: invalid conversion from 'const int*' to 'int*'
int* p = &a;
int* cp = (int*)&a;
*cp = 100;
printf("a = %d\n", a);//10
printf("*cp = %d\n", *cp);//100
int b = 3;
//使用其它变量初始化的const常量是只读变量
const int c = b;
//error: variable-sized object 'array' may not be initialized
int array[c] = {0};
//使用volatile修饰的const常量不会进入符号表
volatile const int d = 10;
//error: variable-sized object 'varray' may not be initialized
int varray[d] = {0};
return 0;
}C++语言中const与宏定义的不同在于，const常量由编译器处理，编译器会对const常量进行类型检查和作用域检查，而宏定义由预处理器进行处理，是单纯的文本替换。
#include <iostream>
using namespace std;
void func1()
{
#define NUMBER 100
const int number = 10;
printf("NUMBER = %d\n",NUMBER);
printf("number = %d\n",number);
}
void func2()
{
//宏定义没有作用域概念，预处理时直接替换
printf("NUMBER = %d\n",NUMBER);
printf("number = %d\n",number);
//'number' was not declared in this scope
}
int main(int argc, char *argv[])
{
func1();
func2();
const int number = 10;
//编译时使用符号表的值替换
int array[number] = {0};
return 0;
}10、三目运算符
C语言中，三目运算符返回变量的值，三目运算符表达式不能做左值使用。
C++语言中，三目运算符可直接返回变量本身，三目运算符表达式可以作为左值使用。但是当三目运算符表达式可能返回的值中有一个是常量值，则三目运算符表达式不能作为左值使用。
C++中，当三目运算符表达式可能返回的都是变量时，返回的是变量的引用；当三目运算符表达式可能返回的有常量值时，返回的是值。
#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc, char *argv[])
{
int a = 3;
int b = 2;
//返回变量本身，可以做左值
(a>b?a:b) = 10;
printf("a>b?a:b = %d\n",a>b?a:b);
//返回变量的值，不能做左值
(a<b?1:b) = 20;
//error: lvalue required as left operand of assignment
return 0;
}三、输入与输出
1、cin&cout
cin和cout是C++的标准输入流和输出流，在头文件 iostream 中定义。
流名 含义 隐含设备 流名 含义 隐含设备
cin 标准输入 键盘 cerr 标准错误输出 屏幕
cout 标准输出 屏幕 clog cerr 的缓冲输出 屏幕
int main()
{
char name[30];
int age;
cout<<"pls input name and age:"<<endl;
cin>>name;
cin>>age;
cout<<"your name is: "<<name<<endl;
cout<<"your age is: "<<age<<endl;
return 0;
}2、格式化
A、按进制输出数据类型
cout<<dec<<i<<endl;
cout<<hex<<i<<endl;
cout<<oct<<i<<endl;B、设置域宽，设置左右对齐及填充字符
int main()
{
cout<<setw(10)<<1234<<endl;
cout<<setw(10)<<setfill('0')<<1234<<endl;
cout<<setw(10)<<setfill('0')<<setiosflags(ios::left)<<1234<<endl;
cout<<setw(10)<<setfill('-')<<setiosflags(ios::right)<<1234<<endl;
return 0;
}C、实型数据的设置
cout<<setw(5)<<'a'<<endl<<setw(5)<<100<<endl
<<setprecision(2)<<setiosflags(ios::fixed)<<120.00<<endl;四、函数重载
1、函数重载简介
C语言中不允许重名函数的存在。
C++语言中为了简化编程允许重名函数的存在，即使用同一个函数名定义不同的函数，重名函数称为函数重载。
重载函数本质是定义的相互独立的不同函数。当函数名和不同的参数搭配时函数的含义不同。
int abs(int a)
{
return a>0? a:-a;
}
double abs(double a)
{
return a>0? a:-a;
}2、函数重载规则
函数重载的规则如下：
A、函数名相同。
B、参数个数不同，参数的类型不同，参数顺序不同，均可构成重载。
C、返回值类型不同则不可以构成重载。
#include <iostream>
using namespace std;
int func(int a, int b, int c = 0)
{
return a + b + c;
}
int func(int a, int b)
{
return a + b;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
//函数调用时出现二义性
int x = func(1,2);
//error: call of overloaded 'func(int, int)' is ambiguous
return 0;
}3、函数重载的匹配规则
编译器调用重载函数的匹配规则如下：
A、将所有同名函数作为候选者
B、寻找可行的候选参数
C、匹配成功或失败
函数重载的匹配规则如下：
A、精确匹配实参，找到则调用。
B、通过默认参数能够匹配实参
C、通过默认类型转换匹配实参
通过默认类型转换匹配实参时，通过隐式转换寻求一个匹配，找到则调用。
C++允许int到long和double的隐式类型转换，因此在函数重载时会引起二义性，解决方法是在调用时强转类型。
#include <iostream>
using namespace std;
int func(int a, int b)
{
return a + b;
}
double func(double a, double b,double c)
{
cout << "func(double a, double b,double c)"<<endl;
return a + b + c;
}
long func(long a, long b,long c)
{
cout << "func(long a, long b,long c)"<<endl;
return a + b + c;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int a = 1;
int b = 2;
int c = 3;
//int xa = func(a,b,c);//出现二义性
int x = func((long)a,(long)b,(long)c);
printf("x = %d\n", x);
return 0;
}编译器调用重载函数匹配失败的规则：
A、如果最终找到的候选函数不唯一，则出现二义性，编译报错。
B、如果无法匹配所有候选者，函数未定义，编译报错。
重载函数使用默认参数可能会造成二义性。
#include <iostream>
using namespace std;
int func(int a, int b, int c = 0)
{
return a + b + c;
}
int func(int a, int b)
{
return a + b;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
//函数调用时出现二义性
int x = func(1,2);
//error: call of overloaded 'func(int, int)' is ambiguous
return 0;
}4、函数重载的底层实现
C++利用name mangling(倾轧)技术，来改名函数名，区分参数不同的同名函数。
C++的name mangling实现使用 v c i f l d表示void char int float long double及其引用。
void func(char a); // func_c(char a)
void func(char a, int b, double c);//func_cid(char a, int b, double c);name mangling发生在两个阶段，.cpp编译阶段和.h的声明阶段。只有两个阶段同时进行，才能匹配调用。
#include <iostream>
using namespace std;
//函数类型：int(int,int)
int func(int a, int b)
{
return a + b;
}
//函数类型：double(double, double, double)
double func(double a, double b,double c)
{
cout << "func(double a, double b,double c)"<<endl;
return a + b + c;
}
//函数类型：long(long,long,long)
long func(long a, long b,long c)
{
cout << "func(long a, long b,long c)"<<endl;
return a + b + c;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int a = 1;
int b = 2;
int c = 3;
//int func(int a, int b)
printf("x1 = 0x%X\n", (int(*)(int,int))func);
//long func(long a, long b,long c)
printf("x2 = 0x%X\n", (long(*)(long,long,long))func);
//double func(double a, double b,double c)
printf("x3 = 0x%X\n", (double(*)(double,double,double))func);
return 0;
}使用nm工具查看main.o文件中符号表信息的命令如下：nm.exe -a main.o
func重载函数的符号表信息如下：
00000036 T __Z4funcddd
00000029 T __Z4funcii
00000090 T __Z4funclll上述的信息表示代码中的三个重载函数。
5、函数重载与函数指针
将重载函数名赋值给函数指针时，根据重载规则选择与函数指针参数列表一致的函数。重载函数的函数类型与函数指针类型必须严格匹配（不能有任何类型的隐式转换），此时函数返回类型将参与函数类型匹配。
函数重载必须发生在同一个作用域，无法通过函数名得到重载函数的入口地址。
重载函数的函数类型不同。
#include <iostream>
using namespace std;
//函数类型：int(int,int)
typedef int(*pFunc1)(int,int);
int func(int a, int b)
{
cout << "func(int a, int b)"<<endl;
return a + b;
}
//函数类型：double(double, double, double)
typedef double(*pFunc2)(double,double,double);
double func(double a, double b,double c)
{
cout << "func(double a, double b,double c)"<<endl;
return a + b + c;
}
//函数类型：long(long,long,long)
typedef long(*pFunc3)(long,long,long);
long func(long a, long b,long c)
{
cout << "func(long a, long b,long c)"<<endl;
return a + b + c;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int a = 1;
int b = 2;
int c = 3;
pFunc1 func1 = func;
int x1 = func1(1,2);//int func(int a, int b)
printf("func1 = %d\n", x1);
pFunc2 func2 = func;
int x2 = func2(1,2,3);//double func(double a, double b,double c)
printf("func2 = %d\n", x2);
pFunc3 func3 = func;
int x3 = func3(1,2,3);//long func(long a, long b,long c)
printf("func3 = %d\n", x3);
return 0;
}重载函数的调用可能会存在隐式类型转换，比如int到long、double类型的转换，但是要函数指针调用重载函数时，函数指针的类型必须与重载函数的类型严格匹配。
6、函数重载的注意事项
函数重载的注意事项如下：
A、函数重载必然发生在同一个作用域中。
B、编译器需要使用参数列表或函数类型进行函数的选择。
C、不能直接通过函数名得到重载函数的入口地址。
五、C++与C的相互调用
1、C++与C的兼容
C++完全兼容C语言，因此必须完全兼容C的类库。由于.c文件的类库文件中函数名并没有发生name manling行为，而在包含.c文件所对应的.h文件时，.h 文件要发生name manling行为，因而会在编译链接时候发生错误。
C++为了避免上述错误的发生，重载了关键字extern。只需要要避免name manling的函数前，加extern "C"如有多个，则extern "C"{}。
C语言标准库中实际上对C++语言程序引用时做了特殊处理，在C++语言编译器编译时使用extern "C"将C语言的标准库函数排除了命名倾轧。
为了确保无论在C、C++编译器中C代码以C语言方式编译：
#ifdef __cplusplus
extern "C"{
#endif
//c-style code
#ifdef __cplusplus
}
#endifC++编译器不能以C语言方式编译重载函数，C++编译器将函数名和参数列表编译为目标名，C语言编译方式只将函数名作为目标名进行编译。
2、C++代码引用C函数
C++调用C语言编码的.dll时，当包含.dll的头文件或声明接口函数时需要加extern “C”。
add.h源码：
#ifndef ADD_H
#define ADD_H
extern int add(int a, int b);
#endifadd.c源码：
#include "add.h"
int add(int a, int b)
{
return a + b;
}main.cpp源码：
#include <stdio.h>
extern "C"
{
#include "add.h"
}
int main()
{
int c = add(10, 100);
printf("%d\n", c);
return 0;
}gcc add.c -o add.o
g++ add.o main.cpp3、C代码引用C++函数
C代码中引用C++的函数和变量时，C++头文件需要添加extern “C”，但在C代码中不能直接引用声明了extern “C”的C++头文件，C代码中只需要将C++中定义的extern “C”函数声明为extern类型即可。
add.h源码：
#ifndef ADD_H
#define ADD_H
extern "C" int add(int a, int b);
#endifadd.cpp源码：
#include "add.h"
int add(int a, int b)
{
return a + b;
}main.c源码：
#include <stdio.h>
//#include "add.h" 错误
extern int add(int a, int b);
int main()
{
int x = add(1, 2);
printf("x = %d\n", x);
return 0;
}编译：
g++ -c add.cpp -o add.o
gcc main.c add.o -lstdc++或是gcc add.cpp main.c -lstdc++
g++会自动进行C++标准库的连接；用gcc连接C++程序也可以，但需要人为指定连接C++标准库（-lstdc++），否则就会出现undefined reference to __gxx_personality_v/0之类的错误。
六、操作符重载
C++提供了运算符重载机制。可以为自定义数据类型重载运算符。实现构造数据类型也可以像基本数据类型一样的运算特性。
struct COMP
{
float real;
float image;
};
COMP operator+(COMP one, COMP another)
{
one.real += another.real;
one.image += another.image;
return one;
}
int main()
{
COMP c1 = {1,2};
COMP c2 = {3,4};
COMP sum = operator+(c1,c2); //c1+c2;
cout<<sum.real<<" "<<sum.image<<endl;
return 0;
}实例代码重载了一个全局的操作符+号用于实现将两个自定义结构体类型相加。本质是函数的调用。
七、函数默认参数
1、函数参数默认值
C++语言中，可以在函数声明时为参数提供一个默认值。当函数调用没有提供参数的值时，使用默认值。
2、默认参数的规则
函数默认参数的规则如下：
A、默认参数的顺序，是从右向左，不能跳跃。
B、定义在前，调用在后(此时定义和声明为一体)，默认参数在定义处；声明在前，调用在后，默认参数在声明处。
C、一个函数，不能既作重载，又作默认参数的函数。当你少写一个参数时，系统无法确认是重载还是默认参数。
函数调用时参数从左到右匹配，如果一个参数使用了默认值，则后续参数必须使用默认值。
3、使用示例
A、单个参数
#include <iostream>
#include <time.h>
using namespace std;
void weatherForcast(char * w="sunny")
{
time_t t = time(0);
char tmp[64];
strftime( tmp, sizeof(tmp), "%Y/%m/%d %X %A ",localtime(&t) );
cout<<tmp<< "today is weahter "<<w<<endl;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
//sunny windy cloudy foggy rainy
weatherForcast();
weatherForcast("rainny");
weatherForcast();
return 0;
}B、多个参数
#include <iostream>
using namespace std;
float volume(float length, float weight = 4,float high = 5)
{
return length*weight*high;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
float v = volume(10);
float v1 = volume(10,20);
float v2 = volume(10,20,30);
cout<<v<<endl;
cout<<v1<<endl;
cout<<v2<<endl;
return 0;
}4、函数占位参数
C++语言中可以为函数提供占位参数，占位参数只有类型声明，没有参数名声明。由于C++类型检查较为严格，为兼容C语言，可以将函数参数默认值和占位参数结合使用。
C语言中func函数如下：
#include <stdio.h>
void func()
{
}
int main(int argc, char *argv[])
{
func(5,10);
return 0;
}C语言中func函数接收任意个数的参数。
C++语言中对func函数增加占位参数可以使C语言中的func函数快速地满足C++语言的语法要求，代码如下：
#include <iostream>
using namespace std;
void func(int x, int = 0)
{
}
int main(int argc, char *argv[])
{
func(5,10);
return 0;
}八、引用
1、引用简介
变量名，本身是一段内存的引用，即别名(alias)。引用，是为己有变量起一个别名。Type& name = var;
int a;
int &b = a;普通引用在定义时必须使用同类型的变量进行初始化。
2、引用的规则
A、引用没有定义，是一种关系型声明。声明它和原有某一变量(实体)的关系。故 而类型与原类型保持一致，且不分配内存，与被引用的变量有相同的地址。
B、声明的时候必须初始化，一经声明，不可变更。
C、可对引用再次引用。多次引用的结果，是某一变量具有多个别名。
D、&符号前有数据类型时，是引用。其它皆为取地址。
#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc, char *argv[])
{
int a = 3;
int c = 6;
float f = 3.14;
int& b = a;
printf("&a = 0x%X\n", &a);
printf("&b = 0x%X\n", &b);
//error: redeclaration of 'int& b'
int& b = c;//error
//给b赋值
b = c;
//引用的类型必须与变量类型相同
int& d = f;//error
//error: invalid initialization of reference of type 'int&' from expression of type 'float'
//引用在定义时必须初始化
int& rd;//error
//error: 'rd' declared as reference but not initialized
//引用不可以使用字面值初始化
int& r = 10;//error
//error: invalid initialization of non-const reference of type 'int&' from an rvalue of type 'int'
return 0;
}3、引用的应用
函数中的引用形参不需要进行初始化，函数调用时进行初始化。
#include <iostream>
using namespace std;
//引用
void swap(int &a, int &b)
{
int tmp;
tmp = a;
a = b;
b = tmp;
printf("swap(int &a, int &b)\n");
}
//指针
void swap(int* a, int* b)
{
int tmp;
tmp = *a;
*a = *b;
*b = tmp;
printf("swap(int* a, int* b)\n");
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int a = 3;
int b = 6;
swap(a,b);
printf("a = %d\n",a);//6
printf("b = %d\n",b);//3
swap(&a,&b);
printf("a = %d\n",a);//3
printf("b = %d\n",b);//6
return 0;
}4、引用的提高
A、可以定义指针的引用，但不能定义引用的引用。
int a;
int* p = &a;
int*& rp = p; // ok
int& r = a;
int&& rr = r; // errorB、可以定义指针的指针(二级指针)，但不能定义引用的指针。
int a;
int* p = &a;
int** pp = &p; // ok
int& r = a;
int&* pr = &r; // errorC、可以定义指针数组，但不能定义引用数组，可以定义数组引用。
int a, b, c;
int* parr[] = {&a, &b, &c}; // ok
int& rarr[] = {a, b, c}; // error
int arr[] = {1, 2, 3};
int (&rarr)[3] = arr; // ok 的数组是连续的存储空间，数组中的元素如果是引用，会导致数组的元素存储不连续。引用数组会破坏数组存储空间的连续性。
5、const引用
const引用所引用的对象必须是const的，将普通引用绑定到const引用对象是不合法的。 const type& name = var;
const引用可使用相关类型的对象(常量，非同类型的变量或表达式)初始化，const引用让变量具有只读属性，是const引用与普通引用最大的区别。
非const引用只能绑定到与该引用同类型的对象。
当const引用使用字面常量值初始化时，C++编译器会为常量值分配空间，使用字面常量对const引用初始化将生成一个只读变量。
#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc, char *argv[])
{
int a = 10;
const int& ra = a;//const引用，为只读变量
//只读变量不能作为左值
ra = 100;//error: assignment of read-only reference 'c'
int* p = (int*)&ra;
*p = 5;
printf("ra = %d\n", ra);//5
const int& rb = 10;//rb为只读变量，占用内存空间
//只读变量不能作为左值
rb = 100;//error
int arraya[ra] = {0};//error
//error: variable-sized object 'arraya' may not be initialized
int arrayb[rb] = {0};//error
//error: variable-sized object 'arrayb' may not be initialized
double pi = 3.14;
int& rpi = pi;//非法
//error: invalid initialization of reference of type 'int&' from expression of type 'double'
const int& crpi = pi;//合法
printf("rpi= %d\n",crpi);//3
return 0;
}6、引用的本质
C++编译器在编译过程中使用指针常量作为引用的内部实现，因此引用所占用空间大小与指针相同。引用的本质是一个指针常量。type & name<====> type * const name；
使用引用时不能返回局部变量的引用
#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc, char *argv[])
{
printf("sizeof(char&) = %d\n", sizeof(char&));//1
char c = 'a';
char& rc = c;
printf("sizeof(char&) = %d\n", sizeof(rc));//1
return 0;
}上述代码的汇编代码如下：
将字符’a’(0x61)存储到指针寄存器0x1b，将0x1b放入eax数据寄存器中，再将eax数据寄存器存储内容放入指针寄存器0x1c中。
九、new/delete
C语言中提供了malloc和free两个系统函数，完成对堆内存的申请和释放。而C++则提供了两关键字new和delete。
1、new
new分配内存空间时，不能保证按需分配，分配内存空间大小可能会大于所需空间大小。因此，new会分配至少申请大小的内存空间。
A、开辟单变量地址空间
int *p = new int; //开辟大小至少为sizeof(int)空间
int *a = new int(5); //开辟大小至少为sizeof(int)空间，并初始化为 5B、开辟数组空间
一维: int a = new int[100];//开辟一个大小不少于400字节的整型数组空间
二维: int (a)[6] = new int[5][6]
三维: int (*a)[5][6] = new int[3][5][6]
2、delete
A、释放单变量空间
int *a = new int;
delete a; //释放单个 int 的空间B、释放数组空间
int *a = new int[5];
delete []a; //释放 int 数组空间3、new/delete应用
int *p = new int(5);
cout<<*p<<endl;
delete p;
char *pp = new char[10];
strcpy(pp,"china");
cout<<pp<<endl;
delete []pp;
string *ps = new string("china");
cout<<*ps<<endl; //cout<<ps<<endl;
delete ps;
char **pa= new char*[5];
memset(pa,0,sizeof(char*[5]));
pa[0] = "china";
pa[1] = "america";
char **pt = pa;
while(*pt)
{
cout<<*pt++<<endl;
}
delete []pt;
int (*qq)[3][4] = new int[2][3][4];
delete []qq;4、返回值
//C++ 内存申请失败会抛出异常
try{
int *p = new int[10];
}
catch(const std::bad_alloc e)
{
return -1;
}
//C++ 内存申请失败不抛出异常版本
int *q = new (std::nothrow)int[10];
if(q == NULL)
return -1;5、注意事项
C++中堆空间的分配和释放注意事项如下：
A、new/delete 是关键字，效率高于 malloc 和 free.
B、配对使用，避免内存泄漏和多重释放。
C、避免交叉使用。比如 malloc 申请的空间去 delete，new 出的空间被 free;
D、重点用在类对像的申请与释放。申请的时候会调用构造器完成初始化，
释放的时候，会调用析构器完成内存的清理。
6、malloc与new区别
malloc与new的区别如下：
A、new是C++关键字，malloc是C语言库函数
B、new以具体类型为单位进行内存分配，malloc以字节位单位分配内存
C、new在申请单个类型变量时可以进行初始化，malloc不具备
D、new在所有C++编译器中都支持，malloc在某些系统开发中不可调用
E、new能够触发构造函数的调用，malloc仅分配需要的内存空间
F、对象的创建只能使用new，malloc不适合面向对象开发
7、free与delete的区别
free与delete的区别如下：
A、delete是C++关键字，free是库函数
B、delete在所有C++编译器中都支持，free在某些系统开发中不可调用
C、delete能够触发析构函数的调用，free仅归还分配的内存空间
D、对象的销毁只能使用delete，free不适合面向对象开发
E、free可以归还new申请的内存空间，但不会调用析构函数，可能会造成内存泄漏
F、delete可以释放malloc分配的内存空间，但会调用析构函数，会造成其他问题。
十、内联函数
1、内联函数简介
C语言中有宏函数的概念。宏函数的特点是内嵌到调用代码中去，避免了函数调用的开销。但宏函数的处理发生在预处理阶段，缺少作用域检查和类型检查。
C++提供了inline关键字，请求C++编译器将一个函数进行内联编译（C++编译器可以拒绝），C++编译器会直接将内联的函数体代码插入函数调用的地方。
内联函数声明时inline关键字必须和函数定义结合在一起，否则编译器会直接忽略内联请求。
inline int sqr(int x)
{
return x*x;
}2、内联函数的优缺点
内联函数的优点：避免调用时的额外开销（入栈与出栈操作）
内联函数的缺点：内联函数的函数体在代码段中会出现多个“副本”，因此会增加代码段的空间。
内联函数的本质：以牺牲代码段空间为代价，提高程序的运行时间的效率。
内联函数的适用场景：函数体很“小”，且被“频繁”调用。
3、内联函数示例
Inline关键字是对编译器的建议，如果编译器认为inline声明的函数可以内联，则编译器会将函数内联，如果编译器认为inline声明的函数的函数体太长，则不会内联，按普通函数处理。
using namespace std;
inline int func(int a, int b)
{
return a*a + b*b;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int a = 3;
int b = 4;
int c = func(a,b);
return 0;
}上述代码在QtCreator+MinGW编译器下调试时，查看汇编代码如下：
调用func函数时，C++编译器没有将func函数内联，仍然使用函数调用。
inline声明的函数，内联请求可能被C++编译器拒绝。
现代C++编译器能够进行编译优化，一些函数即使没有inline关键字声明也能够内联编译，同时现代C++编译器提供了扩展的语法，能够对函数进行强制内联。如现代G++编译器使用__attribute__((always_inline))声明强制内联，MSVC编译器使用__forceinline声明强制内联，不再使用inline关键字。
#include <iostream>
using namespace std;
__attribute__((always_inline))
int func(int a, int b);
int main(int argc, char *argv[])
{
int a = 3;
int b = 4;
int c = func(a,b);
return 0;
}
int func(int a, int b)
{
return a*a + b*b;
}上述代码在QtCreator+MinGW编译器中进行调试时，main函数中func函数调用代码的汇编代码如下：
MinGW编译器已经对func函数进行了内联。
4、内联函数使用的限制
C++中使用inline关键字内联编译函数的限制：
A、不能存在任何形式的循环语句
B、不能存在过多的条件判断语句
C、函数体不能过于庞大
D、不能对函数进行取地址操作
E、函数内联声明必须在调用语句前
对于现代C++编译器的扩展语法提供的强制内联不受上述条件限制。
十一、类型强制转换
1、C++类型转换
C语言中的类型转换是强制转换，任何类型间都可以转换，过于粗暴。
C++语言引入了static_cast、dynamic_cast、const_cast、reinterpret_cast四个关键字处理不同类型间的转换。
2、静态类型转换
静态类型转换是在编译期内即可决定其类型的转换。
静态类型转换的使用场合：
A、用于基本类型间的转换
B、不能用于基本类型指针间的转换
C、用于有继承关系类对象间的转换和类指针间的转换（转换一般从子对象向父对象转换）
语法格式：
static_cast<目标类型> (标识符)
应用实例：
#include <stdio.h>
class A
{
private:
int a;
int b;
public:
A()
{
a = 0;
b = 0;
}
void print()
{
printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
}
};
class B : public A
{
private:
int c;
int d;
public:
void display()
{
printf("c = %d, d = %d\n", c, d);
}
};
class C
{
public:
void print()
{
printf("hello\n");
}
};
int main()
{
float f = static_cast<float>(9)/10;//基本类型的转换
printf("f = %f\n", f);
A a;
B b;
A aa = static_cast<A>(b);//将子类对象转换为父类对象
aa.print();
//B bb = static_cast<B>(a);//不能将父对象转换为子对象
A* pa = static_cast<A*>(&a);//在同类型对象指针间转换
pa->print();
pa = static_cast<A*>(&b);//将子类对象指针转换为父类对象指针
pa->print();
B* pb = static_cast<B*>(&b);
pb->display();
pb = static_cast<B*>(&a);
pb->display();
//C c = static_cast<C>(a);//没有转换构函数，不能将A类型转换为C类型
//c.print();
return 0;
}3、动态类型转换
动态类型转换的使用场合：
A、用于有继承关系的类指针间的转换
B、有交叉关系的类指针间的转换
C、具有类型检查
D、必须有虚函数支持
语法格式：
dynamic_cast<目标类型> (标识符)
用于有直接或间接继承关系的指针（引用）的强制转换
转换指针成功将会得到目标类型的指针，转换失败将得到一个空指针；
转换引用成功将得到目标类型的引用，转换失败将得到一个异常操作信息。
使用实例：
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
class Base
{
public:
Base()
{
cout << "Base::Base()" << endl;
}
virtual ~Base()
{
cout << "Base::~Base()" << endl;
}
};
class Derived : public Base
{
};
int main()
{
Base* p = new Derived;
Derived* pd = dynamic_cast<Derived*>(p);//将指向子类对象的父类指针转换为子类指针，转换成功
if( pd != NULL )
{
cout << "pd = " << pd << endl;
}
else
{
cout << "Cast error!" << endl;
}
delete p;
cout << endl;
p = new Base;
pd = dynamic_cast<Derived*>(p);//将指向父类对象的父类指针转换为子类指针，转换失败
if( pd != NULL )
{
cout << "pd = " << pd << endl;
}
else
{
cout << "Cast error!" << endl;
}
delete p;
return 0;
}4、常量类型转换
常量类型转换的使用场合：
A、用于去除变量的只读属性
B、目标类类型只能是指针或引用
语法格式：
const_cast<目标类型> (标识符) //目标类类型只能是指针或引用。
const_cast将转换掉表达式的const属性
应用实例：
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
const int& a = 10;
int& b = const_cast<int&>(a);//将a的只读属性去除，并初始化b
b = 0;
cout << "a = " << a << endl;//0
cout << "b = " << b << endl;//0
const int c = 100;
int& d = const_cast<int&>(c);//为c分配一个只读空间
//int x = const_cast<int>(c);//error,目标类型只能为指针和引用
d = 1000;
cout << "c = " << c << endl;//100
cout << "d = " << d << endl;//1000
return 0;
}5、重解释类型转换
重解释类型转换使用场合：
A、用于指针类型间的强制转换
B、用于整数和指针类型间的强制转换
语法格式：
reinterpret_cast<目标类型> (标识符)
为数据的二进制形式重新解释，但是不改变其值。
使用实例：
#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc, char *argv[])
{
int a = 100;
char c = 'a';
int* pa = reinterpret_cast<int*>(&c);
printf("*pa = %d\n", *pa);//687781729
printf("*pa = %c\n", *pa);//'a'
//int x = reinterpret_cast<int>(c);//error
//int y = reinterpret_cast<int>(1.1);//error
return 0;
}十二、命名空间
1、命令空间简介
C语言中，只有一个全局作用域，所有的全局标识符共享一个作用域，因此标识符之间可能存在冲突。
C++语言中，提出了命名空间的概念。命名空间将全局作用域分为不同的部分，不同命令空间中的标识符可以重名而不会发生冲突，命名空间可以嵌套。全局作用域即默认命名空间。
2、默认命名空间（global &&function）
global scope是一个程序中最大的scope，是引起命名冲突的根源。C语言没有从语言层面提供命名空间机制来解决。global scope是无名的命名空间。
3、命名空间的划分
NameSpace是对全局区域的再次划分。
命名空间的声明如下：
namespace NAMESPACE
{
全局变量 int a;
数据类型 struct Stu{};
函数 void func();
}4、命名空间的使用方法
直接指定命名空间： NameSpace::a = 5;
使用using+命名空间+空间元素：using NameSpace::a; a = 2000;
使用using +namespace+命名空间；
5、命名空间使用示例
#include <iostream>
using namespace std;
namespace MySpace
{
int x = 1;
int y = 2;
}
namespace Other {
int x = 3;
int y = 4;
}
int main()
{
{
using namespace MySpace;
cout<<x<<y<<endl;
}
{
using namespace Other;
cout<<x<<y<<endl;
}
{
MySpace::x = 100;
Other::y = 200;
cout<<MySpace::x<<Other::y<<endl;
}
return 0;
}可以使用块语句将命名空间限定在块语句内部。
6、命名空间嵌套
namespace MySpace
{
int x = 1;
int y = 2;
namespace Other {
int m = 3;
int n = 4;
}
}7、使用命名空间进行协作开发
在实际项目开发中，可以将一个类或者具有相同属性的多个类声明在一个命名空间内，在使用时只需要声明命名空间即可。
#ifndef A_H
#define A_H
namespace XX {
class A
{
public:
A();
~A();
};
}
#endif // A_H#include "a.h"
using namespace XXX
{
A::A()
{}
A::~A()
{}
}十三、系统string类
除了使用字符数组来处理字符串以外，C++引入了字符串类型。可以定义字符串变量。
1、定义和初始化
string str;
str = "china";
string str2 = " is great ";
string str3 = str2;2、类型大小
string str = "china";
cout << sizeof(str) << " " << str.max_size() << " " << str.size()<<endl;4 1073741820 5
3、运算
A、赋值string str3 = str2;
B、加法string combine = str + str2;
C、关系
string s1 = "abcdeg";
string s2 = "12345";
if(s1>s2)
cout<<"s1>s2"<<endl;
else
cout<<"s1<s2"<<endl;4、string类型数组
string数组是高效的，如果用二维数组来存入字符串数组的话，则容易浪费空间，此时列数是由最长的字符串决定。如果用二级指针申请堆空间，依据大小申请相应的空间，虽然解决了内存浪费的问题，但是操作麻烦。用 string 数组存储，字符串数组的话，效率即高又灵活。
string sArray[10] = {
"0",
"1",
"22",
"333",
"4444",
"55555",
"666666",
"7777777",
"88888888",
"999999999",
};
for(int i=0; i<10; i++)
{
cout<<sArray[i]<<endl;
}5、string类的成员函数
int capacity()const; //返回当前容量（即string中不必增加内存即可存放的元素个数）
int max_size()const; //返回string对象中可存放的最大字符串的长度
int size()const; //返回当前字符串的大小
int length()const; //返回当前字符串的长度
bool empty()const; //当前字符串是否为空
void resize(int len,char c);//把字符串当前大小置为len，并用字符c填充不足的部分