c++师傅领进门，修行靠个人第二篇：手把手教你c++入门

Posted 2021-06-27 几叶知期

以下内容为学习面向对象做铺垫：

• 1. 命名空间
• • 2.1创建房子
  • 2.2 使用房子
• 2. C++问候世界
• 3. 备胎参数
• 4. c++也能一语双关？
• 5. c++里的外号
• • 5.1 引用概念
  • 5.2 引用特性
  • 5.3 常引用
  • 5.4 使用场景
  • 5.5 传值、传引用效率比较
  • 5.6 引用和指针的不同点
• 6. 内联函数
• 7. 理解auto关键字(C++11)
• • 7.1 auto简介
  • 7.2 auto的使用细则
  • 7.3 auto不能推导的场景
• 8. 基于范围的for循环(C++11)
• 9. 指针空值---nullptr(C++11)

1. 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。

换个说法，命名空间就像是一座封闭的房子，房子里面家具、设施一应俱全，但是想要得到房子的使用权，你必须要有房子的钥匙，也就是后面会提到的命名空间的使用。

2.1创建房子

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。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>

using namespace std; 

namespace N //命名空间的名字
{
	//命名空间里可以包含类、函数、以及成员变量，甚至可以嵌套别的命名空间
	int a;  
	int b;
	int add(int& a , int& b)
	{
		return a + b;
	}

	namespace M
	{
		int a;
		int b;
	}
}

顺便一提，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。

2.2 使用房子

命名空间有三种使用方式，还记得前面说把命名空间假设成一个房子，那么我们现在就有三种方式能够获取到房子的使用权。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>

namespace N //命名空间的名字
{
	int a = 1 ;    //命名空间里可以包含类、函数、以及成员变量，甚至可以嵌套别的命名空间
	int b = 2;
	int add(int a , int b)
	{
		return a + b;
	}

}

1. 加命名空间名称及作用域限定符（直接定位）

int main()
{
	printf("%d\\n", N::a);

	return 0;
}

这里在N空间之外不能直接访问到里面的成员变量，必须加上 N:: (命名空间和作用域限定符)才能够有访问权限，就相当于你找到了这个房子的临时钥匙，可以暂时进入房子里面。

2. 使用using将命名空间中成员引入

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

using N::b将命名空间中的成员引入以后，就可以在mian函数里直接调用了。

3. 使用using namespace 命名空间名称引入

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

using namespace N;其实是第二点的升级版，前面仅仅是引入单个成员变量，这里是引入整个命名空间。

2. C++问候世界

弄懂了命名空间之后，我们可以来用c++写一个“ hello world ”了，来，跟这个世界打个招呼吧！

#include<iostream>

using namespace std;

int main()
{
	cout << "Hello world!!!" << endl;
	return 0;
}

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。

（人话：c语言的输入输出是在std这个房子里的，要想调用，必须要有房子的钥匙，请参考前文命名空间的使用）

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+std的方式。

3. 备胎参数

相信大家知道备胎吧？

那c++中的备胎你知道吗？

这里给你们引入一个新的概念，叫缺省参数，也就是c++里面的备胎。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。

就像格林跟杜兰特说的那句话：“你没来之前，我们已经是冠军了，换句话说就是 没你我也行。”

#include<iostream>
using namespace std;

int Add(int a = 0, int b = 0)
{
	return a + b;
}
int main()
{
	cout << Add() << endl;
	cout << Add(2, 3) << endl;

	return 0;
}

Add函数在定义时，已经设置了两个备胎参数，a = 0 b = 0 如果没有传入参数，那么就会使用默认的值，故输出结果为0， 那如果传参之后，就会忽略掉默认值，所以输出结果是5。也就是说你可能只是人家鱼塘里养的一条鱼而已，遇到更好的，自然就会把你抛弃掉。

缺省参数细分的话，可以分为两种：

• 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：

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
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）

4. c++也能一语双关？

大家都知道中国文化博大精深，一句话有时不止一种意思，需要结合语境去体会。比如：中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！”

怎么样，你看懂了吗？你学fei了吗？

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。

int Add(int a, int b)
{
	return a + b;
}

int Add(int a, int b ,int c)
{
	return a + b + c;
}  

double Add(double a, double b)
{
	return a + b;
}

int main()
{
	cout << Add(1, 2) << endl;
	cout << Add(1, 2, 3) << endl;
	cout << Add(1.0, 2.0) << endl;

	return 0;
}

注意：重载和函数返回值类型没有关系

那为什么c++支持重载，但是c语言不支持呢？

答案是因为编译过程对函数名处理有所区别，c语言在编译的时候，只是拿函数名作为区分的标志，而c++是以函数名+参数进行区分，这也解释了为什么重载必须要参数不同才可以。

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。比如：tcmalloc是google用C++实现的一个项目，他提供tcmallc()和tcfree两个接口来使用，但如果是C项目就没办法使用，那么他就使用extern “C”来解决。

5. c++里的外号

5.1 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。

比如：李逵，在家称为"铁牛"，江湖上人称"黑旋风

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体

void TestRef()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;//<====定义引用类型

	printf("%p\\n", &a);
	printf("%p\\n", &ra);
}

int main()
{
	
	TestRef();
	return 0;

}

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的

5.2 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);
}

5.3 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;
}

5.4 使用场景

1.做参数

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

解决了c语言里交换函数必须要传地址才能交换的问题

2.做返回值

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

5.5 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。

注意：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。

5.6 引用和指针的不同点

1. 引用在定义时必须初始化，指针没有要求
2. 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
3. 没有NULL引用，但有NULL指针
4. 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)
5. 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
6. 有多级指针，但是没有多级引用
7. 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
8. 引用比指针使用起来相对更安全

6. 内联函数

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。

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。

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。

7. 理解auto关键字(C++11)

7.1 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，大家可思考下为什么？

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。

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。

7.2 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;
	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
}

7.3 auto不能推导的场景

1. auto不能作为函数的参数
2. auto不能直接用来声明数组
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。

8. 基于范围的for循环(C++11)

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. 指针空值—nullptr(C++11)

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。

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：

1. 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
2. 在C++11中，sizeof(nullptr) 与 sizeof((void*)0)所占的字节数相同。
3. 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