关于C++基础的一些“碎碎念”

Posted 2021-10-16 aaaaaaaWoLan

文章目录

• 命名空间
• • 命名空间定义
  • 命名空间使用
• C++输入&输出
• 缺省参数
• • 缺省参数概念
  • 缺省参数分类
• 函数重载
• • 函数重载概念
  • 名字修饰(name Mangling)
  • 关于重载的问题：
• extern C
• 引用
• • 引用特性
  • 常引用
  • 引用使用场景
  • 传值、传引用效率比较
  • 值和引用的作为返回值类型的性能比较
  • 引用和指针的区别

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

命名空间中成员该如何使用呢？比如：

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()
{
//错误写法
printf("%d\\n", a); // 该语句编译出错，无法识别a
    
//正确写法
printf("%d\\n", N::a);//需要说明a是属于命名空间N中的
return 0;
}

命名空间使用{}括起来的，不用加分号。

命名空间的使用有三种方式：

• 使用using namespace 命名空间名称引入

  优点：用起来方便

  缺点：把自己的定义暴露出去了，导致命名污染

using namespce N;//展开命名空间N，可以不加限定地使用N中的内容
int main()
{
printf("%d\\n", N::a);
printf("%d\\n", b);
Add(10, 20);
return 0;
}

• 加命名空间名称及作用域限定符

  优点：不存在命名污染

  缺点：用起来麻烦，每个都得去制定命名空间

int main()
{
	printf("%d\\n", N::a);//a属于命名空间N
	return 0;
}  

• 使用using将命名空间中成员引入 ，可以将常用的成员展开

using N::b;//将命名空间N中的b展开，类似全局变量一样使用
int main()
{
	printf("%d\\n", N::a);
	printf("%d\\n", b);
	return 0;
}

C++输入&输出

C++的输出：

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	cout<<"Hello world!!!"<<endl;
	return 0;
}

说明：

1. 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。

   类似C中的<stdio.h>，而std则是包含了C++库中的所有东西。

   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。

2. cout需要与<<配合使用，<<就像箭头一样指向cout，说明流向cout流入。

   而cin需要与>>配合使用，>>说明向数据流入，也就是输入。

3. 使用C++输入输出更方便，cout可以自动识别数据类型，不需增加数据格式控制，比如：整形–%d，字符–%c

4. C++中的换行方式。

   • 可以在格式字符串末尾加\\n
   • 也可以加上>>end1来表示换行

   #include <iostream>
   using namespace std;
   int main()
   {
       int a;
       double b;
       char c;
   
        cin>>a;//对a的值进行输入
        cin>>b>>c;//对b、c的值进行输入
   
    	 cout<<a<<endl;//输出a的值并换行
   	 cout<<b<<" "<<c<<endl;//输出b c并换行
   
   	 return 0;
   }
   

   有一些场景更适合printf：

   struct Student{
       char*name;
       int age;
   };
   int main()
   {
   	struct Student s = {"zhangsan", 18};  
       cout << "名字：" << s.name << " " << "年龄：" << s.age << endl;
       printf("名字：%s 年龄:%d\\n", s.name, s.age);
       
       //或者
       double d = 1.1111111;
       printf("%.2f\\n", d);
       //cout默认最多只输出浮点数小数点后5位
       cout << d << endl;
       
       
   }
   
   

   

缺省参数

缺省参数就像备胎一样，传了实参它就不发挥作用，不穿实参他才发挥作用。

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
}

缺省参数分类

• 全缺省参数

  对所有参数都设置了备胎：

  void TestFunc(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
  {
  	cout<<"a = "<<a<<endl;
  	cout<<"b = "<<b<<endl;
  	cout<<"c = "<<c<<endl;
  }
  

  缺省函数的传参是从左向右依次给形参的

  所以我们调用上面的TestFunc时，写成 TestFunc(10,2);是将10给了形参a，2给了形参b，c没有传参，使用的就是给的默认值

• 半缺省参数

  只对部分参数设置了备胎：

  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。

   不能写成：

   void TestFunc(int a = 10, int b = 20, int c)
   

   否则在传参的时候， TestFunc(10, 20);不知道参数是给哪个形参的

2. 没有缺省必须要传参。

   比如我们定义了这样一个缺省函数：

   void TestFunc(int a, int b = 10, int c = 20)
   {
     cout<<"a = "<<a<<endl;
      cout<<"b = "<<b<<endl;
       cout<<"c = "<<c<<endl;
   }
   

   调用TestFunc时不能写成TestFunc(, , ,)的形式，没有缺省一定要传参。

3. 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。

4. 缺省值必须是常量或者全局变量
5. C语言不支持（编译器不支持）

​

函数重载

函数重载就是同一个函数名可以多次创建使用，但需要符合一定的条件。

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，返回类型可以不同，但前面几个一定要有一个或多个不同。常用来处理实现功能类似数据类型不同的问题。

int Add(int 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()
{
	Add(10, 20);
	Add(10.0, 20.0);
	Add(10L, 20L);
	return 0;
}

下面两个函数属于函数重载吗？

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

答案是：不属于。

虽然返回类型不同，但形参的类型，顺序，个数都是相同的，所以这两个函数不属于函数重载。

名字修饰(name Mangling)

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。

1. 实际我们的项目通常是由多个头文件和多个源文件构成，而通过我们C语言阶段学习的编译链接，我们
   可以知道，【当前a.cpp中调用了b.cpp中定义的Add函数时】，编译后链接前，a.o的目标文件中没有
   Add的函数地址，因为Add是在b.cpp中定义的，所以Add的地址在b.o中。那么怎么办呢？
2. 所以链接阶段就是专门处理这种问题，链接器看到a.o调用Add，但是没有Add的地址，就会到b.o的符
   号表中找Add的地址，然后链接到一起。
3. 那么链接时，面对Add函数，连接器会使用哪个名字去找呢？这里每个编译器都有自己的函数名修饰规
   则。
4. 由于Windows下vs的修饰规则过于复杂，而Linux下gcc的修饰规则简单易懂，下面我们使用了gcc演示
   了这个修饰后的名字。
5. 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

  

  可以看到C语言编译后生成的函数名字与原名相同，其实是生成的符号表中，Add、func的名称就是原名。

• 采用C++编译器编译后结果

  

  而C++经过编译后，生成的符号表中对应Add、func的名称是经过修饰的，所以支持重载函数。

  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

6. 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。

7. 函数名相同、参数类型、顺序相同，返回类型不同可以构成重载吗？

   不能，如果把返回值带进修饰规则，那么编译器层面是可以区分的。但是语法调用层面，很难区分，带有严重的歧义。

   比如无参函数fun()，如果一个返回值是int，一个是double，这如何区分呢。

关于重载的问题：

1. 下面两个函数能形成函数重载吗？有问题吗或者什么情况下会出问题？

   void TestFunc(int a = 10)
   {
   	 cout<<"void TestFunc(int)"<<endl;
   }
   void TestFunc(int a)
   {
    	 cout<<"void TestFunc(int)"<<endl;
   }
   

   不能形成函数重载，函数的形参个数、类型、顺序都相同，不符合重载函数的必备条件

2. C语言中为什么不能支持函数重载？

   C语言编译时生成的符号表中，函数的名字就是原名，没有修饰，因此只能一个函数名只能对应一个函数。

3. C++中函数重载底层是怎么处理的？

   C++与C语言不同，C++编译时生成的符号表中，函数名称是经过修饰的，修饰包括函数的参数类型、顺序，所以对相同地函数名，如果形参的顺序、个数、类型不同，就可以实现重载函数。

4. C++中能否将一个函数按照C的风格来编译？

   能，因为C++是支持C的语法的。

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，那么就需要使用extern “C”来解决。

C语言实现的模块是放在静态库或者动态库里的，因此编译时引用里面的模块，名称是不能直接识别的，而C++是兼容C的，想要C++也使用该模块，就要使用extern “C”。

使用格式：

例如：extern “C” int Add(int left, int right)

关于extern "C"的更多内容，可以百度答案：[extern “C”_百度百科 (baidu.com)](https://baike.baidu.com/item/extern “C”/15267013)

引用

引用就像给变量取别名，不会重新开辟空间，只是使变量多了一个名称。

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

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);
}

这一段代码是将b的值赋给c，还是使c变成b的引用？

	int a = 1;
	int&c = a;
	int b = 2;
	c = b;

根据上面的特性3，c = b是将b的值赋给c，而不是使c再变成b的引用。

指针的引用：

int main()
{
	int x = 10;
	int y = 20;

	int* p1 = &x;
	int* p2 = &y;
	int*& p3 = p1;//p3是p1的别名
    
    *p3 = 20;//x的值被改为20
    p3 = p2;//p1、p3改变指向，指向了y

	return 0;
}

*p3 = 20前：

x = 10

*p3 = 20后：

x = 20

p3 = p2前：

p1、p3指向x，p2指向y

p3 = p2后：

p1、p3都指向了y

常引用

常引用类似C语言中指针加const。

void TestConstRef()
{
	const int a = 10;
	//int& ra = a; // 该语句编译时会出错，a为常量，这么做是权限的放大

	const int& ra = a;//正确引用
	// int& b = 10; // 该语句编译时会出错，b为常量，同样是权限的放大

	const int& b = 10;//正确引用

	double d = 12.34;
	//int& rd = d; // 该语句编译时会出错，类型不同，经转换后没有修改内存中的内容的权力
	const int& rd = d;
}

指针中：

1.
	int a = 10;
	const int*cp1 = &a;
	int *p1 = cp1;//不行，因为cp1指向的内容都是不可以修改的，p1这个例子是权限的放大

2.
	int a = 10;
	int *p1 = &a;
	const int*cp1 = p;//可以，p1指向的内容是可以修改的，cp1是权限的缩小，没问题。

我们分析一下最后一个例子：

	double d = 12.34;
	//int& rd = d; // 该语句编译时会出错，类型不同
	const int& rd = d;

为什么加上const后就可以了呢？

我们先看这段代码：

	double d = 12.34;
	int a = d;

这段代码会发生一个隐式类型转换，而隐式类型转换实际上是产生一个int类型的临时变量，该变量是常变量。再将常变量的值赋给a，a的内存是新开辟的内存。而如果是引用：const int& rd = d;就必须要加上const修饰，被转换之后，该值只能被读取而不能修改，因为rd使用的是临时变量的内存，临时变量具有常属性，是不能修改的。

总结：引用取别名时，变量访问的权限可以缩小，不能放大。

引用使用场景

1. 做参数

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

   left和right是实参的别名，不同于指针，在Swap里修改了left和right就是修改了实参

   作用：

   1. 输出型参数
   2. 提高效率

2. 做返回值

   int Count1()
   {
   	static int n = 0；
   	n++;
   	// ...
   	return n;
   }
   
   int& Count2()
   {
   	static int n = 0；
   	n++;
   	// ...
   	return n;
   }
   
   int main()
   {
   	int& r1 = Count1();//不可以，Count1返回值是一个常变量
   	int& r2 = Count2();//可以，Count2的返回值是n的别名
   }
   

   返回值返回的是临时变量（具有常属性）

   Count1：会开辟一块空间给tmp：int tmp = n，tmp是常变量，不可被修改，所以用const

   Count2：int& tmp = n，tmp是n的别名，但实际上这么写是内存的非法访问，n的内存实际上以及不能再使用了，但那块内存的值还存在

   r1不行，r2可以

   作用：少创建一个临时拷贝对象，提高效率

   而当代码变为下面这样时，使用引用返回就不安全，因为c不再是静态变量，而是一个局部变量，当Add返回时，Add函数的空间已经返回给操作系统了，那块系统还在，只是使用权已经不是我们的了。

   int& Add(int a, int b)
   {
   	int c = a + b;
   	return c;
   }
   int main()
   {
   	int& ret = Add(1, 2);
   	Add(3, 4);
   	cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <<endl;
   	return 0;
   }
   

一个函数要使用引用返回，返回变量出了这个函数的作用域还存在，就可以使用引用返回，否则就不安全，就必须使用传值返回

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 < 100000; ++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 < 100000; ++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(A)-time:" << end1 - begin1 << endl;
	cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;
}

int main()
{
	TestRefAndValue();

	return 0;
}

测评效果：

由此可知，以引用做参数的效率比传值做参数的效率快了，省去了参数拷贝的时间开销

值和引用的作为返回值类型的性能比较

#include <time.h>
struct A { 
	int a[10000]; 
};

A a;

// 值返回
A TestFunc1() 
{ 
	return a;
}

// 引用返回
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;
}
int main()
{
	TestReturnByRefOrValue();

	return 0;
}

测评效果：

通过结果我们可以发现引用返回效率比值返回效率高了很多，省去了返回值的拷贝

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，因为引用是按照指针方式来实现的。

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

我们来看下引用和指针的汇编代码对比：

可以观察到实际上b和p在汇编时执行的内容是一样的，只不过我们在语法理解时，是b没有开辟新空间，只是a的一个别名，而指针p是开辟了空间保存a的地址的。

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