C++打开C++的大门
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了C++打开C++的大门相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
目录
- 前言
- 1.什么是C++
- 2.C++的发展史
- 3.C++关键字（C++98）
- 4.命名空间
- 5.输入输出
- 6.缺省参数
- 7.函数重载
- 8.引用
- 9.内联函数
- 10.auto关键字(C++11)
- 11.基于范围的for循环（C++11）
- 12.指针空值nullptr(C++11)
前言
C++是在C语言的基础上，容纳进去了面向对象编程的思想，并增加了许多有用的库，以及编程范式等，所以C++兼容了C的绝大部分特性（约99%），像指针、数组等等东西在C++中都是可以用的，熟悉C语言之后，对C++学习有一定的帮助，本博客主要目标：
- 补充C语言语法的不足，以及C++是如何对C语言设计不合理的地方进行优化的，比如：作用域方面，IO方面、函数方面、指针方面、宏方面等等。
- 为后续类和对象学习打基础。
1.什么是C++
C语言十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，规模加大的程序，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，计算机界提出了OPP：面向对象思想，支持面向对象的程序设计语言应用而生。
C++是在C语言的基础上，引入并扩充了面向对象的概念，发明的一种新的程序设计语言。为了表达该语言与C语言的渊源，命名为C++。
因此：C++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，还可以进行面向对象的程序设计
2.C++的发展史
1979年，贝尔实验室试图分析unix内核的时候，试图将内核模块化，于是在C语言的基础上进行扩展，增加了类的机制，完成了一个可以运行的预处理程序，称之为c with classes。
语言的发展和打怪升级一样，也是逐步递减，由浅入深的过程，下面是C++的历史版本。
阶段 内容 C with classes 类及派生类、公有和私有成员、类的构造和析构、友元、内联函数、赋值运算符 重载等 C++1.0 添加虚函数概念，函数和运算符重载，引用、常量等 C++2.0 更加完善支持面向对象，新增保护成员、多重继承、对象的初始化、抽象类、静 态成员以及const成员函数 C++3.0 进一步完善，引入模板，解决多重继承产生的二义性问题和相应构造和析构的处 理 C++98 C++标准第一个版本，绝大多数编译器都支持，得到了国际标准化组织(ISO)和美 国标准化协会认可，以模板方式重写C++标准库，引入了STL(标准模板库) C++03 C++标准第二个版本，语言特性无大改变，主要：修订错误、减少多异性 C++05 C++标准委员会发布了一份计数报告(Technical Report，TR1)，正式更名 C++0x，即：计划在本世纪第一个10年的某个时间发布 C++11 增加了许多特性，使得C++更像一种新语言，比如：正则表达式、基于范围for循 环、auto关键字、新容器、列表初始化、标准线程库等 C++14 对C++11的扩展，主要是修复C++11中漏洞以及改进，比如：泛型的lambda表 达式，auto的返回值类型推导，二进制字面常量等 C++17 在C++11上做了一些小幅改进，增加了19个新特性，比如：static_assert()的文 本信息可选，Fold表达式用于可变的模板，if和switch语句中的初始化器等 C++20 自C++11以来最大的发行版，引入了许多新的特性，比如：模块(Modules)、协 程(Coroutines)、范围(Ranges)、概念(Constraints)等重大特性，还有对已有 特性的更新：比如Lambda支持模板、范围for支持初始化等 C++23 制定ing C++还在不断的向后发展。但是：现在公司主流使用还是C++98和C++11，所有大家不用追求最新，重点将C++98和C++11掌握好，等工作后，随着对C++理解不断加深，有时间可以去琢磨下更新的特性。
小知识：C++11是大佬在使用C的时候觉的不顺手，于是他顺手一改就成了C++。
3.C++关键字（C++98）
1998年确定的C++的第一个标准版本，绝大多数编译器都支持，得到了国际标准化组织(ISO)和美 国标准化协会认可，以模板方式重写C++标准库，引入了STL(标准模板库)
C++总计63个关键字，C语言32个关键字
（下面我们只是看一下这些关键字，不对关键字进行具体的讲解。这些关键字需要对应具体的知识点讲解，该篇博客会讲解部分，剩余的会在其他博客中讲解）
| asm | do | if | return | try | continue |
|---|---|---|---|---|---|
| auto | double | inline | short | typedef | for |
| bool | dynamic_cast | int | signed | typeid | public |
| break | else | long | sizeof | typename | throw |
| case | enum | mutable | static | union | wchar_t |
| catch | explicit | namespace | static_cast | unsigned | default |
| char | export | new | struct | using | friend |
| class | extern | operator | switch | virtual | register |
| const | false | private | template | void | true |
| const_cast | float | protected | this | volatile | while |
| delete | goto | reinterpret_cast |
4.命名空间
4.1命名冲突
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、函数和类的名称都存在于全局作用域中，可能会导致很多名字上的冲突。
-
我们自己定义的变量、函数可能跟库里面重名冲突
#include<stdio.h> #include<stdlib.h> int rand = 0; int main() printf("%d\\n", rand); return 0;如上代码，在stdlib.h库中，包含了rand函数，而我们又定义了一个rand全局变量，编译器在运行这段代码时，无法判断我们要输出的是库中定义的函数的地址，还是我们定义全局变量，造成了命名冲突，出现如下错误提示。
error C2365: “rand”: 重定义；以前的定义是“函数”
-
进入公司项目组以后，做的项目比较大。多人协作，两个同事写的代码中命名冲突。
在公司做大型的项目时，是多人协作，各写各的代码，到最后整合，有很大机率出现两个人使用相同的名字去命名一个变量或函数。编译器也无法判断到底调用的是那个。
C语言是没有很好的办法解决这个问题。
而C++提出一个新语法，命名空间，很好的解决了这个问题。
4.2命名空间定义
定义命名空间，需要使用到namespace关键字，后面跟命名空间的名字，然后**接一对**即可，中即为命名空间的成员。
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
//YPrivate是命名空间的名字，可以根据自己的要求随意起名
//不过在一般开发中，一般是用项目名字做命名空间名。
namespace YPrivate
int rand = 0;
int main()
printf("%d\\n", rand);
return 0;
这样我们将我们定义的全局变量放到自己定义的命名空间中，在运行程序，编译器默认查找是先去局部查找，局部没有rand，这时就去全局查找，此时的头文件在预处理时就会被展开，展开后就会找到rand函数，编译器就会将输出的rand看作是库中的函数，从而输出它的函数地址。（至于如何使用命名空间中的变量或函数，在下文会讲到）
这里我们还要注意命名空间的几个特性：
-
命名空间中可以定义变量/函数/类型（结构体）
namespace YPrivate int rand = 0; //全局变量 int Add(int x, int y) //函数 return x + y; struct A //结构体，自定义类型 struct A* next; int x; int y; ; int main() printf("%d\\n", rand); return 0; -
命名空间可以嵌套使用，可以在一个命名空间a内嵌套另一个命名空间b，在命名空间b中嵌套其他命名空间，这个根据我们实际的需求判断。
namespace YPrivate1 int c; int Sub(int x, int y) return x + y; namespace YPrivate2 int d; int sub(int x, int y) return x - y; int main() printf("%d\\n", rand); return 0; -
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。
如图，编译器在执行时，会将同一个项目下两个名字相同的命名空间合为一个。 -
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，想要使用需用到特殊的方法（下文会讲）。
4.3命名空间使用
我们该如何使用命名空间呢？
像下面这样直接使用命名空间中的变量和函数明显是错误的，若是可以直接调用，那编译器也可以产看命名空间内的变量和函数是否命名正确，命名空间也就失去了价值。
namespace YPrivate
int a = 0;
int b = 2;
int Add(int x,int y)
return x + y;
struct A
struct A* next;
int x;
int y;
;
namespace YPrivate2
int c = 0;
int main()
printf("%d\\n", a);
return 0;
error C2065: “a”: 未声明的标识符
命名空间的三种使用方法：
-
加命名空间名称及作用域限定符
指定作用域，最好做到命名隔离，但是它使用起来不方便。
-
下午所有代码中的命名空间同一使用上午定义的YPrivate。
-
使用
::符号，表示变量a属于命名空间YPrivate（注：::符号将伴随着C++的学习在很多地方都会出现，主要功能为：符号右边的属于符号左边）
int main() printf("%d\\n", YPrivate::a); printf("%d\\n", YPrivate::Add(1,2)); struct YPrivate::A node; return 0;
这也就体现了命名空间的好处，在需要的时候，指定使用命名空间中的数据，不需要时正常使用其他数据（不同的空间，不同的指定，不会产生冲突）
int main() printf("%d\\n", YPrivate::a); printf("%d\\n", YPrivate2::c); struct YPrivate::A node; return 0;
命名空间中的变量，还是全局变量，可以在如何函数内使用。只是在命名空间中定义，使没有使用 :: 符号调用前，编译器无法找到，防止发生命名冲突。
相当于哈利波特披着隐身斗篷，哈利波特就在哪里，什么都没有变，就是看不到。
void test() YPrivate::a = 10; int main() test(); printf("%d\\n", YPrivate::a); printf("%d\\n", YPrivate::Add(1,2)); return 0;
拓展：:: 符号在C语言中，同样使用过。
int a = 0; int main() int a = 10; printf("%d\\n", a); return 0;根据就近原则，此时输出的a为局部变量。
要想在这种情况下使用全局变量，则需要用到 :: 符号
int a = 0; int main() int a = 10; printf("%d\\n", a); printf("%d\\n", ::a); //此时::符号前为空白，表示调用全局域 return 0;
-
-
使用using将命名空间中某个成员引入
用于声明命名空间中经常用到的变量、函数或结构体
using YPrivate::b; //相当于声明，告诉编译器变量b是哪里来的 int main() printf("%d\\n", YPrivate::a); printf("%d\\n", YPrivate::b); return 0;
-
使用using namespace 命名空间名称引入
将命名空间中的数据全部释放，用起来方便，但隔离就失效了。
using namespace YPrivate; int main() printf("%d\\n", a); printf("%d\\n", b); printf("%d\\n", Add(1, 2)); return 0;
- 这种方法是不好的，在工作编写项目不建议大家这样使用，全部释放使用，用的时候要非常小心。
那它存在的意义是什么，体现在下午。
在我们日常学习中，大概率见过C++程序的开头这样写。
#include<iostream> using namespace std;这是因为，C++把官方库的实现定义到了命名空间——std
将库放在std中防止了命名冲突。
一般在我们平常学习的时候，我们是直接将std释放，直接using namespace std即可，这样就很方便，这样我们就可以简单的操作官方库中的函数，而不用在使用前增加std::。
std::cout << "helloc world!" << std::endl;- 平常学习我们可以这样写，但在编写项目的时候不建议这样写，项目中代码较多，规模大，防止std全部释放，造成命名冲突，应该使用上面的两种方法。
至于iostream这是C++库里的头文件，包含C++的输入输出
C语言使用stdio.h头文件，包含输入输出。
接下来我们就来看一下C++的输入输出
5.输入输出
新生婴儿会以自己独特的方式向这个世界打招呼，C++刚出来后，也算一个新事物，那C++是如何向这个美好的世界来问候的？
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
cout << "hello world!!!" << endl;
return 0;
说明：
-
使用cout标准输出对象（控制台，黑框框就是）和cin标准输入对象（键盘）时，必须包含头文件以及按命名空间使用方法使用std。
-
cout和cin是全局的流对象，endl是特殊的C++符号，表示换行输出，他们都包含在头文件中。
-
<<是流插入运算符，>>是流提取运算符。
-
使用C++输入输出更方便，不需要像printf/scanf输入输出那样，需要手动控制格式。C++的输入输出可以自动识别变量类型。
#include<iostream> using namespace std; int main() cout << "hello world!!!" << endl; int a = 10; double b = 1.1; char c = 'e'; cout << a << " " << b << " " << c << endl; cin >> a >> b >> c; cout << a << " " << b << " " << c << endl; printf("%d %lf %c", a, b, c); //我使用的是VS2019，有些平台下，printf所对应的头文件以及间接包含了，不要在使用#include<stdio.h> return 0;
-
实际上cout和cin分别是ostream和istream类型的对象，>>和<<也涉及运算符重载等知识，我们这里只是简单学习他们的使用。
-
关于cout和cin还有很多更复杂的用法，比如控制浮点数输出精度，控制整形输出格式等等，但这些使用C++实现有点麻烦，因为C++兼容C语法，我们可以直接使用printf和scanf来完成这些操作，这里就不展开学习了。
小技巧：
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（vs 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+std的方式。
6.缺省参数
6.1缺省参数的概念
缺省参数是声明或定义函数时为函数的参数指点一个缺省值。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。
void test(int a = 0)
cout << a << endl;
int main()
test(10); // 传参，使用传递的值
test(); // 没有传参，使用指定的实参
return 0;
6.2缺省参数分类
-
全缺省参数
void test(int a = 10, int b = 20, int c = 30) cout << "a=" << a << ' ' << "b=" << b << ' ' << "c=" << c << endl;- 所有参数都被赋值
-
半缺省参数
void test(int a, int b, int c = 30) cout << "a=" << a << ' ' << "b=" << b << ' ' << "c=" << c << endl;- 半缺省参数必须从左到右依次给出，不能间隔着给。
注意：
-
缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现
void test(int a = 10, int b = 20, int c = 30);//声明 void test(int a = 10, int b = 20, int c = 30)//定义- 如上，如果声明与定义同时缺省参数，恰巧两位置提供的值不同或两位置缺省的参数不同，那编译器就无法确定到底该用那个缺省值。
-
缺省参数必须是常量或全局变量
-
C语言不支持（编译器不支持）
扩展：
-
C++11，增加包装器，可以支持，（ ，2，）；太过复杂，现在不用管。
void test(int a = 10, int b, int c) -
缺省在后面的构造函数那非常有用。
7.函数重载
自然语言中，一个词可以有多重含义，人们可以通过上下文来判断该词真实的含义，即该词被重载了。
比如：以前有一个笑话，国有两个体育项目大家根本不用看，也不用担心。一个是乒乓球，一个是男足。前者是“谁也赢不了！”，后者是"谁也赢不了！"。
7.1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 类型顺序）不同，常用来处理实现功能类似数据类型不同的问题。
-
参数类型不同
//1.参数类型不同 int Add(int left, int right) cout << "int Add(int left,int right)" << endl; double Add(double left, double right) cout << "double Add(double left, double right)" << endl; int main() Add(10, 20); Add(10.1, 20.2); return 0; -
参数个数不同
//2.参数个数不同 void f() cout << "void f()" << endl; void f(int a) cout << "void f(int a, int b)" << endl; int main() f(); f(10); return 0; -
参数类型顺序不同
//3.参数类型顺序不同 void f(int a, char b) cout << "void f(int a, char b)" << endl; void f(char b, int a) cout << "void f(char b, int a)" << endl; int main() f(10, 'a'); f('a', 10);
注意：
- 函数名相同，一个无参数，一个有一个缺省参数，可以构成重载，如下，但编译器无法判断调用的是那个函数，存在歧义编译器会报错
void f()
cout << "void f()" << endl;
void f(int a=4)
cout << "void f(int a)" << endl;
- 缺省值不同，不能构成重载
在函数缺省的情况下，使用函数重载需注意，放置歧义发生。
7.2C++函数重载的原理——名字修改
为什么C++支持重载，而C语言不支持重载？
想要解释这个问题，我们就需要在Linux系统下，看一看C和C++的翻译环境。
C和C++的编译过程是相同的，只是语法规则不同，所以：
C/C++中，一个程序要运行起来，都需要经历以下几个阶段：预处理、编译、汇编、链接。
- 最开始文件：func.h、func.c、test.c
预处理：展开头文件、宏替换、条件编译、去注释
- 形成文件：func.i、test.i
编译：语法分析、词法分析、语义分析、符号汇总（检查语法，生产汇编代码）
- 形成文件：func.s、test.s
汇编：将汇编指令变为二进制机器码、形成符号表
- 形成文件：func.o、test.o
链接：合成段表、符号表的合并和重定位(C++支持重载的关键点就在链接)
- 形成可执行文件：a.out/xxxx.exe
-
实际项目中通常采用上述多个头文件和多个源文件构成，通过C语言阶段学习的编译链接，我们可以知道，【test.c调用f()和f(10)函数时】，编译后链接前，test.o中没有这两个函数的地址。
-
编译器通常在汇编阶段形成每个源文件的符号表，符号表中有源文件内对应函数的函数名和地址，若是该源中用函数的定义使用有效地址，否则使用无效地址。
-
在链接阶段，符号表合并和重定位，根据对应的函数名来识别和查找函数。
-
C语言不支持函数重载，因为编译的时候，两个重载函数，函数名相同，如上图，在func.o符号表中存在歧义和冲突，其次链接的时候也存在歧义和冲突，因为他们都是直接使用函数名去标识和查找，而重载函数，函数名相同。
-
采用C语言编译器在Linux下查看符号表中函数名
-
结论：在Linux下，采用gcc编译完成后，函数名字的修饰没有发生改变。
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C++的目标文件符号表中不是直接用函数名来标识和查找函数
- 是通过函数名修饰规则——【Linux为：_Z+函数长度+函数名+类型首字母】后来标识和查找函数的，但是这个修饰规则，不同的编译器下面不同
- 有了函数名修饰规则，只要满足函数重载语法，func.o 符号表里面重载的函数就不存在二义性和冲突了。
- 链接的时候，test.o的main的函数里面去调用两个重载的函数，通过函数修改规则名查找地址的时候，也是明确的。
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采用C++编译器编译后的结果
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结论：在Linux下，采用g++编译完成后，函数名字的修饰发生改变，编译器将函数参数类型信息添加到修改后的名字中。
注意：
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Vs是根据文件后缀是去调用对应的编译器。.c就是c编译器，.cpp就是C++编译器
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Linux不用文件后缀区分，gcc编译就是c，g++就是cpp（最好自己使用好对应的后缀，方便查看）
-
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通过这里就理解了C语言因为同名函数没办法区分而无法重载。C++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，就支持重载。
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如果两个函数函数名和参数是一样的，返回值不同是不构成重载的，因为调用时编译器没办法区分。
拓展：Windows下名字修饰规则
| 函数签名 | 修饰后名称 |
|---|---|
| int func(int) | ?func@@YAHH@Z |
| float func(float) | ?func@@YAMM@Z |
| int C::func(int) | ?func@C@@AAEHH@Z |
| int C::C2::func(int) | ?func@C2@C@@AAEHH@Z |
| 打开C++的大门 |