C++入门基础知识点
C++入门到放弃
【目录】
- C++关键字
- 命名空间
- C++输入&输出
- 缺省参数
- 函数重载
- 引用
- 内联函数
- auto关键字（C++11）
- 基于范围的for循环（C++11）
- 指针空值-- - nullptr（C++11）
- 总结
1. C++关键字
关键字(keyword)又称保留字，是整个语言范围内预先保留的标识符。每个C++关键字都有特殊的含义。经过预处理后，关键字从预处理记号(preprocessing - token)中区别出来，剩下的标识符作为记号(token)，用于声明对象、函数、类型、命名空间等。不能声明与关键字同名的标识符。
各个版本的ISO C++都规定以下划线接大写字母或下划线起始的标识符保留给实现，编译器可以用这些保留标识符作为扩展关键字，这不保证可移植性。
ISO C++98 / 03关键字共63个, C++11关键字共73个，不一一列举。
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空间命名
2.1.1普通空间命名
namespace Test1 //命名一个名叫"Test"的空间
{ //空间里可以定义函数，也可以定义变量
int Add(int a, int b)
{
return a + b;
}
}
2.1.2空间命名嵌套
namespace Test2
{
int x;
int y;
namespace Test2_1
{
int Add(int a, int b)
{
return a + b;
}
}
}
2.1.3
<mark>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。</mark>
2.2命名空间的使用
命名空间有三种使用方式
第一种：加命名空间名称及作用域限定符
int main()
{
int ret = Test1::Add(1, 2); //"::"为作用域限定符，表明使用 "Test1" 空间里的Add函数
printf("%d\n", ret);
system("pause");
return 0;
}
第二种：使用using将命名空间中成员引入（部分开放）
using Test2::Test2_1::Add; //只使用 "Test2" 空间中的 "Test2_1" 中的 "Add" 函数
int main()
{
int ret = Add(1, 2); //此处可直接使用 "Add" 函数，即上方所述 "Test2_1" 作用域中的Add函数
printf("%d\n", ret);
system("pause");
return 0;
}
第三种：使用using namespace 命名空间名称引入（全开放）
using namespace Test1; //相当于“打开” "Test1" 空间，可以直接使用此空间里的所有函数 / 变量，不需要加"::"
int main()
{
int ret = Add(1, 2);
printf("%d\n", ret);
system("pause");
return 0;
}
比如C++中常见的 using namespace std;
std 是个名称空间标识符，C++标准库中的函数或者对象都是在命名空间std中定义的，所以我们要使用标准库中的函数或者对象都要用std来限定。
使用using namespace 命名空间名称引入了之后，就可以直接写 cout 而不用写成 std::cout ，更加简洁。
至于为什么将cout放到名字空间std中，是因为像cout这样的对象在实际操作中或许会有好多个，比如说你自己也可能会不小心定义一个对象叫cout，那么这两个cout对象就会产生冲突。
3.C++输入&输出
- 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。- 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 a;
double b;
char c;
cin >> a; //输入数据到a
cin >> b >> c; //数据到b和c
cout << a << endl; //输出a的数据
cout << b << " " << c << endl; //输出b和c，中间以空格间隔
return 0;
}
“<<” 和 “>>” 形象的描绘出了数据向控制台(cout)和键盘向变量(cin)的数据流向。
int main()
{
cout << "Hello World!" << endl; //"endl" 即为换行，作用与 "\n" 相同
printf("Hello World!\n"); //这两句代码执行结果相同
system("pause");
return 0;
}
4.缺省参数
4.1缺省参数的概念
缺省参数是<mark>声明或定义函数时</mark>为函数的参数<mark>指定一个默认值</mark>。在调用该函数时，如果<mark>没有指定实参</mark>则<mark>采用该默认值</mark>，否则使用指定的实参。
例：
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
}
4.2缺省函数的分类
4.2.1全缺省函数
void Test1(int a = 10, int b = 20, int c = 30) //定义函数时给参数给定默认值
{
cout << "a = " << a << endl << "b = " << b << endl << "c = " << c << endl;
}
int main()
{
Test1(); //调用函数时未传入实参 函数将采用默认值
Test1(20, 30, 50); //给定实参时 函数采用实参值
system("pause");
return 0;
}
代码执行结果
4.2.2部分缺省函数
void Test2(int a, int b = 20, int c = 30) //参数a没有默认值， 必须传实参
{
cout << "a = " << a << endl << "b = " << b << endl << "c = " << c << endl;
}
int main()
{
Test2(10); //传入10给a
system("pause");
return 0;
}
代码执行结果
注意：
- 半缺省参数必须从右往左依次来给出，不能间隔着给
如： void Test(int a, int b = 10, int c = 20) 正确
void Test(int a = 10, int b, int c = 20) 错误- 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哪个缺省值。`
- 缺省值必须是常量或者全局变量
- 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
函数重载是指在<mark>同一作用域内</mark>，可以有一组具有<mark>相同函数名</mark>，<mark>不同参数列表</mark>的函数，这组函数被称为重载函数。重载函数通常用来命名一组<mark>功能相似</mark>的函数，这样做减少了函数名的数量，避免了名字空间的污染，对于程序的可读性有很大的好处。
具体实现：
例1：
int Add(int left, int right) //整型
{
return left + right;
}
double Add(double left, double right) //浮点型
{
return left + right;
}
long Add(long left, long right) //长整型
{
return left + right;
}
int main()
{
cout << Add(10, 20) << endl;
cout << Add(15.5, 20.0) << endl;
cout << Add(20L, 20L) << endl;
system("pause");
return 0;
}
代码执行结果
例2：
void print(int i) //整型
{
cout << "print a integer :" << i << endl;
}
void print(string str) //字符串型
{
cout << "print a string :" << str << endl;
}
int main()
{
print(12);
print("hello world!");
system("pause");
return 0;
}
代码执行结果
会根据用户输入的数据类型自动匹配所调用的函数
5.2函数名修饰
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。
Name Mangling是一种在编译过程中，将函数、变量的名称重新改编的机制，简单来说就是编译器为了区分各个函数，将函数通过某种算法，重新修饰为一个全局唯一的名称。
C语言的名字修饰规则非常简单，只是在函数名字前面添加了下划线。
C++的名字修饰规则在Windows和Linux平台中有所区别
以例2中的代码举例：
以下为<mark>Linux平台</mark>中函数名的修饰规则：
发现函数void print(int i) 编译之后为：（函数修饰是名为——<mark>_Z5printi</mark>）
发现函数void print(string str) 编译之后为：（注意它的函数签名变为——<mark>_Z5printSs</mark>）
我们可以发现编译之后，重载函数的名字变了不再都是print， 这样不存在命名冲突的问题了，但又有新的问题了——变名机制是怎样的，即如何将一个重载函数的签名映射到一个新的标识？我的第一反应是：函数名+参数列表，因为函数重载取决于参数的类型、个数，而跟返回类型无关。但看下面的映射关系：
void print(int i) --> _Z5printi
void print(string str) --> _Z5printSs
进一步猜想，前面的Z5表示返回值类型，print函数名，i表示整型int，Ss表示字符串string，即映射为返回类型+函数名+参数列表。最后在main函数中就是通过_Z5printi、_Z5printSs来调用对应的函数的。
在<mark>Windows平台</mark>中。函数名修饰又有所不同：
在VS中运行以下代码：
void print(int i);
void print(string str);
int main()
{
print(12);
print("hello world!");
system("pause");
return 0;
}
编译器报错：
错误 LNK2019 无法解析的外部符号 “void __cdecl print(int)” (<mark>?print@@YAXH@Z</mark>)，该符号在函数 _main 中被引用
错误 LNK2019 无法解析的外部符号 “void __cdecl print(class std::basic_string<char,struct std::char_traits,class std::allocator >)” (<mark>?print@@YAXV? basicstring@DU?char_traits@D@std@@V?$allocator@D@2@@std@@@Z</mark>)，该符号在函数 _main 中被引用
由此可见，在Windows和Linux平台中虽然函数修饰名不同但是规则是一样的：<mark>“返回类型+函数名+参数列表”。</mark>
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。
由于C++是兼容C语言的，所以用C语言写的模块C++可以直接调用，但反过来却不行，C语言想要调用用C++写的模块时，要在所调用的函数前加 extern “c” 。
6.引用
6.1引用的概念
引用不是新定义一个变量，而是给已存在变量<mark>取了一个别名</mark>，编译器<mark>不会为引用变量开辟内存空间</mark>，它和它引用的变量<mark>共用同一块内存空间</mark>。
如：村子里有个小孩叫李狗蛋，小名叫蛋蛋，那么“李狗蛋”和“蛋蛋”指的都是同一个人，是一个人的两个名字，而不是两个人。
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：<mark>引用类型</mark>必须和引用<mark>实体</mark>是<mark>同种类型</mark>的。
6.2 引用特性
- 引用在定义时必须初始化
- 一个变量可以有多个引用
- 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 未初始化
int& ra = a;
int& rra = a;
printf("%p %p %p\n", &a, &ra, &rra);
}
6.3 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;
}
常引用时不可改变实体常量的值 (只可读，不可写)。
实体为常量的，引用必须为常引用；
实体为变量的，引用既可以直接引用也可以常引用。
6.4 使用场景
- 做参数
void Swap(int& left, int& right)
{
int temp = left;
left = right;
right = temp;
}
由于使用了引用，left 和 right 即是需要交换的两个值的本身，所以不需要传入地址即可做到交换两个值。
- 做返回值
int& TestRefReturn(int& a)
{
a += 10;
return a;
}
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;
system("pause");
return 0;
}
注意：如果函数返回时，离开函数作用域后，其栈上空间已经还给系统，因此不能用栈上的空间作为引用类型返回。如果以引用类型返回，返回值的生命周期必须不受函数的限制(即比函数生命周期长)。
6.5 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。那指针和引用作为参数和返回值类型的效率呢？
- 作为参数时
#include <time.h>
struct A
{
int a[10000];
};
void TestFunc1(A a)
{}
void TestFunc2(A& a)
{}
void TestRefAndValue()
{
A a;
// 以指针作为函数参数
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(int*)-time:" << end1 - begin1 << endl;
cout << "TestFunc2(int&)-time:" << end2 - begin2 << endl;
}
// 运行多次，检测指针和引用在传参方面的效率区别
int main()
{
for (int i = 0; i < 10; ++i)
{
TestRefAndValue();
}
system("pause");
return 0;
}
由此可见传值时，引用的效率远高于指针的效率。
- 作为返回值时
#include <time.h>
struct A
{
int a[10000];
};
A a;
A TestFunc1()
{
return a;
}
A& TestFunc2()
{
return a;
}
void TestReturnByRefOrValue()
{
// 以指针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;
}
// 测试运行10次，指针和引用作为返回值效率方面的区别
int main()
{
for (int i = 0; i < 10; ++i)
TestReturnByRefOrValue();
return 0;
}
由结果知：作为返回值时，引用的效率依然远高于指针的效率。
6.6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。
引用和指针的不同点:
- 引用在定义时必须初始化，指针没有要求
- 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
- 没有NULL引用，但有NULL指针
- 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)
- 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
- 有多级指针，但是没有多级引用
- 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
- 引用比指针使用起来相对更安全
7. 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。
- 特性
- 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。
- 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。
- 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？
- 常量定义 换用const
- 函数定义 换用内联函数
8. auto关键字(C++11)
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。
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。
int TestAuto()
{
return 10;
}
int main()
{
int a = 10;
auto b = a;
auto c = 'a';
auto d = TestAuto();
cout << typeid(b).name() << endl;
cout << typeid(c).name() << endl;
cout << typeid(d).name() << endl;
//auto e; 无法通过编译，使用auto定义变量时必须对其进行初始化
return 0;
}
【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。
2. auto的使用细则
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&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
}`
3. auto不能推导的场景
1. auto不能作为函数的参数
// 此处代码编译失败，auto不能作为形参类型，因为编译器无法对a的实际类型进行推导
void TestAuto(auto a)
{}
2. auto不能直接用来声明数组
void TestAuto()
{
int a[] = { 1,2,3 };
auto b[3] = a;
}
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。
5. auto不能定义类的非静态成员变量
6. 实例化模板时不能使用auto作为模板参数
9. 基于范围的for循环(C++11)
1. 范围for的语法
在C++98中如果要遍历一个数组，可以按照以下方式进行：
void TestFor()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
array[i] *= 2;
for (int* p = array; p < array + sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++p)
cout << *p << endl;
}
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。
2. 范围for的使用条件
- 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的
方法，begin和end就是for循环迭代的范围。
注意：以下代码就有问题，因为for的范围不确定
void TestFor(int array[])
{
for (auto& e : array)
cout << e << endl;
}
- 迭代的对象要实现++和==的操作。
10. 指针空值nullptr(C++11)
1. C++98中的指针空值
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。
注意：
- 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。
- 在C++11中，sizeof(nullptr) 与 sizeof((void*)0)所占的字节数相同。
- 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。
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