[C/C++]C++的命名空间，缺省参数，引用，auto关键字，内联函数等

Posted 2021-07-19 TT在长大

本文主要梳理了C++当中一些琐碎的知识点，包括有命名空间，缺省参数，引用，auto关键字和内联函数。

命名空间

当我们有两个名字相同的同学时，为了明确区分它们，我们在使用名字之外，还会使用一些额外的信息，比如籍贯等等。在C++ 中可能会写一个名为 ADD() 的函数，而在另一个可用的库中也存在一个相同的函数 ADD()。编译器就无法判断是哪一个 ADD() 函数。

所以引入了命名空间这个概念。变量、函数和类都是大量存在的，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。本质上，命名空间就是定义了一个域。

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。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。
示例如下：

//1. 普通的命名空间
namespace N1 // N1为命名空间的名称
{
// 命名空间中的内容，既可以定义变量，也可以定义函数
	int a;
	int Add(int b, int c)
	{
		return b + c;
	}
}
//2. 命名空间可以嵌套
namespace N2
{
	int a;
	int b;
	int Add(int left, int right)
	{
		return left + right;
	}
	namespace N3					//嵌套
	{
		int c;
		int d;
		int Sub(int left, int right)
		{
			return left - right;
		}
	}
}
//3. 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。
namespace N1
{
	int Mul(int left, int right)
	{
	return left * right;
	}
}

命名空间使用

命名空间的使用有三种方式：

1. 加命名空间名称及作用域限定符
2. 使用using将命名空间中成员引入
3. 使用using namespace 命名空间名称引入

using N::b;
using namespce N1;

int main()
{
	printf("%d\\n", N1::a);		//加命名空间名称及作用域限定符
	printf("%d\\n", b);			//使用using将命名空间中成员引入
	printf("%d\\n", a);			//使用using namespace 命名空间名称引入
	return 0;
}

缺省函数

C++中函数的缺省参数，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。

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。

void Func(int a = 0)
{
	cout<<a<<endl;
}

int main()
{
	Func(); // 没有传参时，使用参数的默认值
	Func(1); // 传参时，使用指定的实参
}

需要注意的是：

1. 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现（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哪个缺省值）；
2. 缺省值必须是常量或者全局变量；
3. C语言不支持；

缺省参数分类

缺省参数可以分为2类：

1. 全缺省参数

void TestFunc(int a = 1, int b = 2, int c = 3)
{
}

2. 半缺省参数

void TestFunc(int a, int b = 1, int c = 2)
{
}

半缺省参数必须从右往左依次来给出。

引用

引用变量是一个别名，也就是说，它是某个已存在变量的另一个名字。一旦把引用初始化为某个变量，就可以使用该引用名称或变量名称来指向变量。

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。类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；引用类型必须和引用实体是同种类型的。

void Test()
{
int a = 1;
int& ra = a;
printf("%p\\n", &a);
printf("%p\\n", &ra);
}

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

常引用

用const声明的引用就是常引用。常引用所引用的对象不能被更改。经常见到的是常引用作为函数的形参，这样不会发生对实参的误修改。

void TestConstRef()
{
	const int a = 1;
	//int& ra = a;		 // 该语句编译时会出错，a为常量
	const int& ra = a;
	// int& b = 1; 	// 该语句编译时会出错，b为常量
	const int& b = 1;
	double d = 1.2;
	//int& rd = d; 		// 该语句编译时会出错，类型不同
	const int& rd = d;
}

使用

1. 做参数，有点类似于指针，直接对引用的内存空间进行操作。
2. 做返回值，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（const不改变存储周期，所以如const int a，必须使用传值返回）。

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，效率是非常低的。
传引用：在传参和返回期间，有一个形参向函数所属的栈拷贝数据的过程，但拷贝的数据是地址，效率是很高的。

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。
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。
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

内联函数

概念

内联函数是一种编程语言结构，用来建议编译器对一些特殊函数进行内联扩展。
在C++中以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。

特点

1. inline是一种以空间换时间的做。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. nline对于编译器而言只是一个建议，编译器会自动优化！！！只是建议！！编译器可以选择不听！
3. inline不建议声明和定义分离，分离会导致链接错误。

auto关键字

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，但很少被使用。
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。让这一关键字重见光明。

int main()
{
	int a = 1;
	auto b = a;
	auto c = 'a';

	return 0;
}

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。

有所为

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&。
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。
3. 基于范围的for循环，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。这里的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方法，begin和end就是for循环迭代的范围。迭代的对象要实现++和==的操作。
   示例如下：

void TestFor()
{
	int a[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };

	for(auto e : a)
		cout << e << " "；
	return 0;
}

有所不为

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

指针空值nullptr

C++98中的指针空值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

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，会引起很多麻烦。

所以在C++11中引入了指针空值nullptr。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。，sizeof(nullptr) 与 sizeof((void*)0)所占的字节数相同。