C++基础知识（上）

Posted 2022-07-13 烤鸡肉玉米煎饼

1.C++关键字

C++总计63个关键字，C语言32个关键字

大概了解一下C++的关键字都有哪些

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

2. 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。

2.1 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为命名空间的内容

    //命名空间中既可以定义变量，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 i;
	double d;
	int Add(int x, int y)
	
		return x + y;
	
	namespace N3
	
		int a;
		int b;
		int Sub(int x, int y)
		
			return x - y;
		
	

3. 同一个工程中允许存在多个相同名称的命名空间,编译器最后会合成到同一个命名空间中。

namespace N1

	int a;
	int add(int left, int right)
	
		return left + right;
	


namespace N1

	int Mul(int x, int y)
	
		return x + y;
	

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

2.2 命名空间使用

namespace N

	int i = 3;


int main()

	printf("%d\\n", i); //该语句编译会出错，i被认为是未声明的标识符

命名空间有以下三种使用方式：

1.加命名空间名称及作用域限定符

int main()

	printf("%d\\n", N::i);

 2.使用using将命名空间中的成员引入

using N::i;

int main()

	printf("%d\\n", i);

 3.使用using namespace + 命名空间名称引入

using namespace N;

int main()

	printf("%d\\n", i);
	return 0;

3.C++输入和输出

直接来看代码：

#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。

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<iostream>+std的方式。

2. 使用C++输入输出更方便，不需增加数据格式控制，比如：整形--%d，字符--%c

int main()

	int i;
	char c;
	double d;
	cin >> i >> c >> d;
	cout << i << c << d << endl;
	return 0;

4.缺省参数

4.1 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 Print(int a = 10)

	cout << a << endl;


int main()

	Print(5); //传参时，使用指定的实参
	Print();  //没有传参时，使用参数的默认值
	return 0;

 4.2 缺省参数分类

缺省参数分为全缺省参数和半缺省参数

1.全缺省参数

void Test(int a = 10, int b = 20, int c = 30)

	cout << a << endl;
	cout << b << endl;
	cout << c << endl;


int main()

	Test();
	return 0;

在调用缺省函数的时候要从左往右给实参，不能跳着给

以下这么写是错误的

int main()

	Test(， ， 3);
	return 0;

2.半缺省函数

void Test(int a, int b = 20, int c = 30)

	cout << a << endl;
	cout << b << endl;
	cout << 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

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。

//a,h
void Test(int a = 10);

//a.c
void Test(int a = 20)

	cout << a << endl;

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） 

5. 函数重载

5.1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 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，函数重载与函数的返回类型无关。

形参个数不同

int Add(int x, int y)

	return x + y;


int Add(int x, int y, int z)

	return x + y + z;


int Add(int x)

	return x;

形参类型不同

int Add(int x, int y)

	return x + y;


double Add(double x, double y)

	return x + y;


long Add(long x, long y)

	return x + y;


int main()

	Add(1, 2);
	Add(1.1, 2.2);
	Add(1L, 2L);
	return 0;

 在调用函数时要注意实参与形参对应以调用相应的函数

参数顺序不同

void Add(int x, double y)


void Add(double x, int y)

问：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：不属于，函数重载无关返回类型，只与参数个数，类型，顺序和函数名有关

5.2 名字修饰

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。

 

这是C语言的编译过程图解，C++与此类似

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，【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，链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函数名字。

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

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。

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. 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。

5.3 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。

下面演示一下在C++文件里面调用C的函数

新建一个项目AddC，新建Add.h和Add.c文件

//Add.h

int Add(int x, int y);

//Add.c

int Add(int x, int y)

	return x + y;

打开解决方案属性，将配置类型改为静态库，然后编译程序

在对应的Debug路径下可以看到生成了一个.lib文件

 再新建一个项目CCallCLib，新建一个test.cpp文件

//test.c

#include "../../AddC/AddC/Add.h" //找到对应目录下单Add.h文件并包含

int main()

	Add(1, 2);
	return 0;

 打开项目属性，将AddC.lib的绝对路径拷贝到附加库目录下

 在附加依赖项上加入对应静态库，这里是AddC.lib

 然后编译程序就会有以下错误

test.obj : error LNK2019: 无法解析的外部符号 "int __cdecl Add(int,int)" (?Add@@YAHHH@Z)，函数 main 中引用了该符号 

这是因为符号表上函数名的不同所导致的，在C++编译器下函数名有修饰规则，而在C编译器下函数名没有修饰规则，Add这个函数名在C++的编译风格下生成的函数名和在C的编译风格下生成的函数名不同，所以导致链接时C++文件的符号表上的函数找不到它所对应的地址。

所以需要将函数按照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

项目CppCallCLib

//test.cpp

extern "C"

	#include "../../AddC/AddC/Add.h" //找到对应目录下单Add.h文件并包含


int main()

	Add(1, 2);
	return 0;

 相反，用C文件来调用C++的函数也是可以的

将刚才C的静态库改成C++的静态库，由于extern "C"是C++语法才有的，所以extern "C"此时要写在C++的静态库中，以C的风格来编译，从而可以让C编译器下生成的文件来调用C++文件中的函数。

项目AddCPP

//add.h

extern "C"

	int Add(int x, int y);

//Add.cpp

#include "Add.h"

int Add(int x, int y)

	return x + y;

 在C编译器的项目属性上同刚才一样的操作，修改附加库目录和附加依赖项

然而这个时候直接编译的话会发生错误，原因在于extern "C"是C++的语法才有的，而在C的语法中是没有的，这个时候就用到了条件编译

项目AddCpp

//Add.h

#ifdef __cplusplus //。 __cplusplus是C++才有的宏
extern "C"

#endif
	int Add(int x, int y);
#ifdef __cplusplus

#endif

现在切到C++的项目就可以编译成功了

6.引用

6.1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。

用法：类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；

int main()

	int a = 10;
	int& b = a; //b是引用变量名，a是引用实体
	cout << a << endl << b << endl;
	return 0;

 注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的

6.2 引用特性

1. 引用在定义时必须初始化

int main()

	int a = 0;
	int& b;  //该条语句在编译时会出错
	return 0;

报错：“b”: 必须初始化引用 

2. 一个变量可以有多个引用

int main()

	int a = 0;
	int& b = a;
	int& c = b;
	int& d = c;

	cout << &a << endl << &b << endl << &c << endl << &d << endl;
	return 0;

 引用可以给引用取别名，它们指向的还是同一块空间

3. 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

int main()

	int a = 0;
	int b = 1;
	int& c = a;
	int& c = b; //只能引用一个实体
	return 0;

6.3常引用

权限放大

int main()

	const int a = 10;
	int& b = a;
	return 0;

b引用a时会发生错误，其原因为权限放大了，a是常量不能被改，而用int类型的b引用后是可以改的，所以这里发生了错误，导致无法正常编译

权限缩小

int main()

	int a = 10;
	const int& b = a;
	const double& d = a;
	return 0;

a可以改，b不能改，权限缩小，可以正常编译，d也是一样的

对常量进行引用也是可以的

int main()

	const int& b = 2;
	return 0;

引用时类型要保证相同，否则会编译出错

int main()

	int i = 0;
	double& d = a;
	return 0;

6.4引用的使用场景

1.把引用做参数

void Swap(int& x, int& y)

	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;


int main()

	int a = 3;
	int b = 5;
	Swap(a, b);
	cout << a << endl << b << endl;

在Swap函数中直接取了a和b的别名，相当于拿到了a和b的两块空间，所以可以在函数内部完成a和b空间中值的交换

传值调用和传引用调用效率对比

#include <time.h>
struct A  int a[10000]; ;
void TestFunc1(A a) 
void TestFunc2(A& a) 
int main()

	A a;
	// 以值作为函数参数
	size_t begin1 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 10000; ++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 < 10000; ++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;
	return 0;

传引用调用是要比传值调用快的

2.传引用返回

传值返回实现的过程

 

传引用返回实现的过程

函数栈帧在出了作用域之后就销毁了，所以    cout << ret << endl;语句会造成越界访问，而第一条语句能够打印出1，是因为此时n原来的那块空间里的值还没有被改变

总结：函数返回时，如果返回对象没有被销毁，则可以使用传引用返回，而如果返回对象销毁了，则一定要用传值返回 

传引用返回和传值返回效率对比 

#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; 
int main()

	// 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;
	return 0;

可见传引用返回效率大于传值返回

 6.5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 = 0;
	int& b = a;
	cout << "&a = " << &a << endl;
	cout << "&b = " << &b << 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 = 0;

	int& ra = a;
	ra = 10;

	int* pa = &a;
	*pa = 10;
	return 0;

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