程序员成长之旅——初识C++

C++是C语言的继承，它既可以进行C语言的过程化程序设计，又可以进行以抽象数据类型为特点的基于对象的程序设计，还可以进行以继承和多态为特点的面向对象的程序设计。C++擅长面向对象程序设计的同时，还可以进行基于过程的程序设计，因而C++就适应的问题规模而论，大小由之。
C++不仅拥有计算机高效运行的实用性特征，同时还致力于提高大规模程序的编程质量与程序设计语言的问题描述能力。
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如何学习C++

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C++关键字

关键字（keyword）是整个语言范围内预先保留的标识符。每个C++关键字都有特殊的含义。经过预处理后，关键字从预处理记号（preprocessing-token）中区出来，剩下的标识符作为记号（token），用于声明对象、函数、类型、命名空间等。不能声明与关键字同名的标识符。

在这里插入图片描述

C++命名空间

在C/C++中，变量函数类是大量存在的，这些变量类函数的名称都存在于全局作用域中，可能会导致很多冲突，引入命名空间的目的就是对标识符的名称进行本地化，防止命名冲突或名字污染，namespace关键字的出现就是针对这些问题的。

命名空间的定义

定义命名空间，就是用namespace关键字后面接命名空间的名字，然后跟{ }，里面是成员。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
namespace N1//1.普通命名空间
{
	//命名空间的内容，即可以定义变量，也可以定义函数。
	int a;
	int Add(int left, int right) 
	{
		return left + right;
	}
}

namespace N2//2.命名空间可以嵌套
{
	int a;
	int b;
	int Add(int left, int right)
	{
		return left + right;
	}
	namespace N3
	{
		int c;
		int d;
		int Sub(int left, int right)
		{
			return left - right;
		}
	}
}

namespace N1//3.命名空间可以重名，编译器会认为它们是在一个空间内
{
	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

命名空间的使用

命名空间里面的成员如何使用呢，举个例子，大家就知道了

namespace N 
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	int Add(int left, int right)
	{
		return left + right;
	}
	int Sub(int left, int right)
	{
		return left - right;
	}
}
int main()
{
	printf("%d\n", a);  // 该语句编译出错，无法识别a
	return 0;
}

在这里插入图片描述
我们很明显的看到编译器报错了，那我们应该如何使用呢？
有三种方式我们来看一下

//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将命名空间的成员引入
using N::a;
int main()
{
	printf("%d\n",a);
	printf("%d\n",N:: b);
	return 0;
}

//使用using namespace命名空间引入
using namespace N;
int main()
{
	printf("%d\n",a);
	printf("%d\n",N:: b);
	Add(10, 20);
	return 0;
}

C++的输入和输出

首先我们要清楚我们的#include<iostream>中iostream是什么？

iostream是指iostream库。iostream的意思是输入输出流，直接点说就是in（输入） out（输出） stream（流），取in、out的首字母与stream合成。

我们来看一个简单地C++的输出的一个代码
在这里插入图片描述
说明： 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，因此推荐使用< iostream >+std的方式。
除了这些内容，C++的输入输出流相对比C的话是不需增加数据格式控制，比如：整形 %d，字符 %c

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int a;
	double b;
	char c;
	cin >> a >> b >> c;
	cout << a << endl;
	cout << b << endl;
	cout << c;
	return 0;
}

缺省参数

概念

所谓缺省参数，顾名思义，就是在声明函数的某个参数的时候为之指定一个默认值，在调用该函数的时候如果采用该默认值，你就无须指定该参数。

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;
}

注意：

半缺省参数必须从右往左依次给出，切记不能间隔给

缺省参数不能在函数声明和定义中同时给出
a.h  void TestFunc(int a = 10); a.c  void TestFunc(int a = 20){} 注意：如果声明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
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）

函数重载

概念

重载函数是函数的一种特殊情况，为方便使用，C++允许在同一范围中声明几个功能类似的同名函数，但是这些同名函数的形式参数（指参数的个数、类型或者顺序）必须不同，也就是说用同一个函数完成不同的功能。这就是重载函数。重载函数常用来实现功能类似而所处理的数据类型不同的问题。不能只有函数返回值类型不同。

#include<iostream>
using namespace std;
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()
{
	cout<<Add(10, 20)<<endl;
	cout<<Add(10.0, 20.0)<<endl;
	cout<<Add(10L, 20L);
	return 0;
}

在这里插入图片描述
这个明显就是函数重载
再来看一个

short Add(short left, short right) 
{
	return left+right; 
}
int Add(short left, short right) 
{
	return left+right; 
}

在这里插入图片描述
这个明显不是，只有函数返回值类型不同不能构成函数重载。

名字修饰(name Mangling)

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
Name Mangling是一种在编译过程中，将函数、变量的名称重新改编的机制，简单来说就是编译器为了区分各个函数，将函数通过某种算法，重新修饰为一个全局唯一的名称。
C语言中，由于名字修饰只是在函数名前加下划线_，所以C语言不支持函数重载
C++中，由于要支持函数重载，命名空间等，所以修饰规则复杂。不同的编译器有不同的底层实现规则
在vs中，名字修饰规则：@命名空间，类名@函数名+参数信息@Z
在linux中：Z+函数名字符个数+参数类型简写
https://www.cnblogs.com/skynet/archive/2010/09/05/1818636.html
https://blog.csdn.net/lioncolumn/article/details/10376891

extern “C”

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1629204739432655100&wfr=spider&for=pc
https://blog.csdn.net/XHfight/article/details/51762620
可以看下这两个文章，讲的非常清楚。
在这里插入图片描述
https://blog.csdn.net/UN_spoken/article/details/84492751

引用

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。

void TestRef()
{
	int a = 10;
	//类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；
	int& ra = a;//<====定义引用类型
	printf("%p\n", &a);
	printf("%p\n", &ra);
}

在这里插入图片描述
注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的

特性

引用定义的时候必须初始化
一个引用可以有多个变量
引用一旦引用一个实体，就不能引用其它实体

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);  
}

在这里插入图片描述

常引用

在这里插入图片描述
总结一下也就是一个值当他是常量的时候，引用也只能是常量，不可以改变，当它可改变的时候，引用可以改变,也可以不改变。

使用场景

做参数

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

在这里插入图片描述

做返回值

int& TestRefReturn(int& a) 
{
   a += 10;
   return a; 
}

在这里插入图片描述
下面输出的内容分析一下

在这里插入图片描述

注意：如果函数返回时，离开函数作用域后，其栈上空间已经还给系统，因此不能用栈上的空间作为引用类型返回。如果以引用类型返回，返回值的生命周期必须不受函数的限制(即比函数生命周期长)。

传值和传引用的效率比较

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

#include <time.h>
struct A {
	int a[10000];
};
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(int*)-time:" << end1 - begin1 << endl;
	cout << "TestFunc2(int&)-time:" << end2 - begin2 << endl;
}
// 运行多次，检测值和引用在传参方面的效率区别
int main()
{
	for (int i = 0; i < 10; ++i)
	{
		TestRefAndValue();
	}
	return 0;
}

在这里插入图片描述

#include <time.h>
struct A {
	int a[10000];
};
A a; A TestFunc1()
{
	return a;
}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;
}
// 测试运行10次，值和引用作为返回值效率方面的区别
int main()
{
	for (int i = 0; i < 10; ++i)
		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。

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。

int main()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;
	cout<<"&a = "<<&a<<endl;
	cout<<"&ra = "<<&ra<<endl;
	return 0; 
}

在底层实现上实际是有空间的，因为是按指针方式实现的。

int main()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;
	ra = 20;
	int* pa = &a; *pa = 20;
	return 0; 
}

1. 引用在定义时必须初始化，指针没有要求
1. 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
1. 没有NULL引用，但有NULL指针
1. 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)
1. 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
1. 有多级指针，但是没有多级引用
1. 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
1. 引用比指针使用起来相对更安全。

内联函数

概念

内联函数是指用inline关键字修饰的函数。在类内定义的函数被默认成内联函数。内联函数从源代码层看，有函数的结构，而在编译后，却不具备函数的性质。
内联函数不是在调用时发生控制转移，而是在编译时将函数体嵌入在每一个调用处。编译时，类似宏替换，使用函数体替换调用处的函数名。一般在代码中用inline修饰，但是能否形成内联函数，需要看编译器对该函数定义的具体处理。

https://blog.csdn.net/u011327981/article/details/50601800

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。
1. 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。
1. 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。

在这里插入图片描述

https://www.cnblogs.com/chenwx-jay/p/inline_cpp.html

auto关键字（C++11）

简介

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。

注意：使用auto定义变量的时候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与引用和指针结合起来使用

在这里插入图片描述
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&

在同一行定义多个变量

在这里插入图片描述
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。

不能推倒的场景

auto不能作为函数的参数
auto不能直接用来声明数组
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
auto在实际中最常见的优势用法就是跟以后会见到的C++11提供的新式for循环，还有lambda表达式等进行配合使用。
auto不能定义类的非静态成员变量
实例化模板时不能使用auto作为模板参数

范围for循环的使用

范围for的语法

在这里插入图片描述
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。
在这里插入图片描述
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。

范围for的使用条件

for循环迭代的范围必须是确定的
下面这个明显范围不确定。
迭代的对象要实现++和==的操作
https://blog.csdn.net/yaotengjian/article/details/81545897

指针空值nullptr(C++11)

C++98中的指针空值

在这里插入图片描述

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。
https://blog.csdn.net/qq_271334644/article/details/90240333

nullptr 与 nullptr_t

为了考虑兼容性，C++11并没有消除常量0的二义性，C++11给出了全新的nullptr表示空值指针。C++11为什么不在NULL的基础上进行扩展，这是因为NULL以前就是一个宏，而且不同的编译器厂商对于NULL的实现可能不太相同，而且直接扩展NULL，可能会影响以前旧的程序。因此：为了避免混淆，C++11提供了nullptr，
即：nullptr代表一个指针空值常量。nullptr是有类型的，其类型为nullptr_t，仅仅可以被隐式转化为指针类型，nullptr_t被定义在头文件中：
typedef decltype(nullptr) nullptr_t;

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。

wuweiwuju___

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