C++入门

Posted 2022-03-16 任我驰骋°

C++入门

• 一、C++关键字(C++98)
• 二、命名空间
• • 命名空间定义
  • 命名空间使用
• 三、缺省参数
• • 缺省参数概念
• 四、函数重载概念
• 五、引用
• • 引用概念
  • 引用特性
  • 常引用
  • 使用场景
  • • 1.做参数
    • 2. 做返回值
  • 引用和指针的区别
• 六、内联函数
• • 概念
  • 引用特性
• 七、auto关键字(C++11)
• • auto简介
  • auto的使用细则
• 八、指针空值nullptr(C++11)

一、C++关键字(C++98)

C++总计63个关键字，C语言32个关键字

二、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。

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。

//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 left, int right)
 
 return left + right;
 

//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
 
 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;
 

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。

命名空间使用

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; 

命名空间的使用有三种方式：
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将命名空间中成员引入

using N::b;
int main()

 printf("%d\\n", N::a);
 printf("%d\\n", b);
 return 0; 

使用using namespace 命名空间名称引入

using namespce N;
int main()

 printf("%d\\n", N::a);
 printf("%d\\n", b);
 Add(10, 20);
 return 0; 

三、缺省参数

C++中函数的参数也可以配备胎。

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 TestFunc(int a = 0) 
 cout<<a<<endl; 
int main()

 TestFunc(); // 没有传参时，使用参数的默认值
 TestFunc(10); // 传参时，使用指定的实参

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

//a.h
void TestFunc(int a = 10);
// a.c
void TestFunc(int a = 20)

// 注意：如果生命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。

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）

四、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 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。

为什么C++支持函数重载，而C语言不支持函数重载呢？
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。


通过下面我们可以看出gcc的函数修饰后名字不变。而g++的函数修饰后变成【_Z+函数长度+函数名+类型首字母】。

采用C语言编译器编译后结果

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。
采用C++编译器编译后结果

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。

通过这里就理解了C语言没办法支持重载，因为同名函数没办法区分。而C++是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，就支持了重载。

另外我们也理解了，为什么函数重载要求参数不同！而跟返回值没关系。

【面试题】

1. C语言中为什么不能支持函数重载？
   C语言没办法支持重载，因为同名函数没办法区分。而C++是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，就支持了重载。
2. C++中函数重载底层是怎么处理的？
   C++利用命名倾轧（name mangling）技术，来改名函数名，区分参数不同的同名函数。命名倾轧是在编译阶段完成的。
3. C++中能否将一个函数按照C的风格来编译？
   可以，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。

五、引用

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。
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);

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的

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

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; 

使用场景

1.做参数

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

2. 做返回值

int& Count()

 static int n = 0；
 n++;
 // ...
 return n; 

注意：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。

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。
我们来看下引用和指针的汇编代码对比：

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

六、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。

引用特性

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。

【面试题】
宏的优缺点？
优点：
1.增强代码的复用性。
2.提高性能。
缺点：
1.不方便调试宏。（因为预编译阶段进行了替换）
2.导致代码可读性差，可维护性差，容易误用。
3.没有类型安全的检查 。

C++有哪些技术替代宏？

1. 常量定义 换用const
2. 函数定义 换用内联函数

七、auto关键字(C++11)

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。

【注意】
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。

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&

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。

auto不能推导的场景：
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。

【面试题】
auto内部实现原理：
模板类型推断是auto的基础，它是由内部推导式替换为变量实际的类型。

八、指针空值nullptr(C++11)

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
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。