C++入门

终于进入了C++的学习。正所谓学好C++,走遍全天下。C++可以说为我打开了新世界。不过数据结构的知识还是得不断地复习啊

C++关键字

关键字在C语言中就已经见过了许多比如最常见的if-else,for,int,double等等。只不过在C++中还会遇到更多的,以后会慢慢学习

命名空间

C++引入命名空间这个概念是因为在我们编程中可能写到大量的函数,比如我在某个头文件中写了abc()这样一个函数,但是在我的另一个库文件中本身就存在abc()这样一个函数。那么我一旦调用就会发生冲突

所以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个问题的

命名空间的定义
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//普通的命名空间
namespace N1{//N1为命名空间的名称
int a;
//命名空间的内容,既可以定义变量,也可以定义函数
int add(int b, int c){
return b + c;
}
}

//命名空间也可以嵌套
namespace N1{
int a;
int add(int b, int c){
return b + c;
}
namespace N2{
int add(int b, int c){
return b + c;
}
}
}
//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
namespace N1{
int Mul(int b, int c){
return b * c;
}
}

注意:一定命名空间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

命名空间的使用

1、加命名空间名称及作用域限定符

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int main(){
printf("%d/n",N1::a);
return 0;
}

2、使用using将命名空间中成员引入

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using N1::a;
int main(){
printf("%d\n",a);
}

3、使用using namespace命名空间引入

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using namespace N1;
int main(){
printf("%d\n",a);
add(10,20);
}

C++输入和输出

学习一门语言最先开始要进行的打招呼仪式

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

使用cout标准输出cin标准输入时,必须包含<iostream>头文件以及std标准命名空间

关于.h:早期标准库将所有功能在全局域中实现,声明在.h的后缀的头文件中,使用时只需要包含对应的头文件即可,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)还支持,后续不再支持。现在推荐使用<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

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#include <iostream>
using std::cout;
using std::endl;

int main(){
int a;
double b;
char c;

cin>>a;
cin>>b>>c;

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

return 0;
}

入门1

缺省参数

缺省参数可以理解为备用值。

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。

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#include <iostream>    

using std::cout;
using std::endl;

void Func(int a = 9){
cout<<a<<endl;
}

int main(){

Func();
Func(100);
return 0;
}

入门2

缺省参数的分类

全缺省参数

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

半缺省参数

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void testfunc2(int a,int b = 20,int c = 30){    
cout<<"a = "<<a<<endl;
cout<<"b = "<<b<<endl;
cout<<"c = "<<c<<endl;
}

半缺省参数的函数在调用时,必须加上参数a的赋值,否则会报错。

半缺省参数必须从右往左依次来给,不能间隔着给

缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现,因为当声明与定义位置同时出现,恰巧两个位置提供的值不同,那编译器就无法确认到底该用哪个缺省值

缺省值必须是常量或者全局变量

函数重载

函数重载的概念

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

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#include <iostream>    
using std::cout;
using std::endl;
int add(int a,int b){
return a + b;
}

double add(double a, double b){
return a + b;
}

long add(long a,long b){
return a +b;
}

int main(){
cout<<add(10,20)<<endl;
cout<<add(10.0,20.0)<<endl;
cout<<add(10L,20L)<<endl;
return 0;
}

虽然函数名都是一样的,但是参数传参的类型不同。当在调用的时候,编译器检查到参数的不同,对应到相应的函数中,这样就可以实现不同类型的计算了。

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//下面两个函数,虽然参数不同,但是函数类型已经确定了返回值,这样的话函数不管参数给什么都没法实现不同类型的计算,就不存在重载的意义了
short Add(short left, short right)
{
return left+right;
}
int Add(short left, short right)
{
return left+right;
}
名字修饰

在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

而名字修饰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语言的名字修饰比较简单,就直接在函数名前面加了一个下划线。比如add修饰为_add

但C++不同,由于C++要支持重载,命名空间等,使得其修饰规则比较复杂,不同编译器在底层的实现方式可能都有差异

名字的修饰过程不必深入了解,只需知道被重新修饰后的名字中包含了:函数的名字以及参数类型,这就是为什么函数重载中几个同名函数要求其参数列表不同。

Linux下我们通过指令反汇编来查看objdump -d a.out >log.txt

入门3

我们可以看到三个很相似的名字,_Z3addii_Z3adddd,_Z3addll

但是仔细观察它们的最后两个字母都不相同,这代表了参数类型不同。分别是int,double,long

但是它们的规制是一样的”返回类型+函数名+参数列表

这也可以解释了为什么C语言中不支持函数重载,因为在函数编译过程中,C语言并不能将同名不同参数的函数名字修饰,所以它没法支持函数重载。

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。

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extern "C" int Add(int left, int right);
int main()
{
Add(1,2);
return 0;
}

//可以编译通过,但是链接时出现错误

引用

引用的概念

引用不是新定义一个变量,而是给已存在的变量取了一个别名,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

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void TestRef()
{
int a = 10;
int& ra = a;//<====定义引用类型
printf("%p\n", &a);
printf("%p\n", &ra);
}

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
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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;//这样引用类型可以,但是返回值是int类型
}

int const&表示此引用所代表的int类型变量无法使用此引用修改.

const int&表示此引用所代表的是const int类型变量,同样也无法用此引用修改.

使用场景
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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;
}

当执行这段代码时,输出应该是3,但是输出的结果是7

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这是因为再函数返回时,离开函数作用域后,其栈上空间已经还给了系统,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)

再来看这段代码,ret第一次引用之后为3,但是函数离开了作用域后,栈上的空间被归还了。但此时又调用了一次这个函数,栈上的空间可能还为上一次使用的区域,此时ret就为7了。

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

但是在底层实现上实际是有空间的,因为引用按照指针方式实现的

引用和指针的不同点

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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

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

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。

内联是一种空间换时间的做法,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。

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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。

编译器在不同的模式下查看有区别:

在release模式下,查看编译器生成的汇编代码中是否存在call Add

在debug模式下,需要对编译器进行设置,否则不会展开

auto关键字

C++11中,标准委员会赋予了auto全新的含义: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

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//simple demo
#include<iostream>

using std::cout;
using std::endl;
int main(){

int a = 10;
auto b = a;
cout<< "b is "<< b <<endl;
cout<< a << endl;
}

注意!!

注意!!

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”声明,而是一个类型声明时的“占位符”,编译器在编译期间会将auto替换为变量实际的类型

auto使用规则

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&

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int main(){
int a = 10;
auto b = a;
auto* c = &a;
auto& d = a;

cout << "b is " << b << endl;
cout << a << endl;
cout << *c << endl;
cout << d << endl;
return 0;
}

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其他变量。

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int main(){
auto a = 1,b = 2;
auto c = 3,d = 4.0;//编译会失败,因为c和d的初始化表达式类型不同
}

auto不能推导的场景

1、auto不能作为函数的参数

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void TestAuto(auto a){
pass;
}

上面代码是不能编译通过的,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

2、auto不能直接用来声明数组

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void TestAuto(){
int a[] = {1,2,3};
auto b[] = {4,5,6};
}

3、auto不能定义类的非静态成员变量

4、实例化模板时不能使用auto作为模板参数

基于范围的for循环(C++11)

范围for的语法

在C++98如果要遍历一个数组,可以按照以下方式进行:

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void TestFor(){
int array[] = {1,2,3,4,5};
for(int i = 0;i < sizeof(array)/sizeof(array[0]);++p){
array[i] *= 2
}
for(int* p = array;p < array + sizeof(array)/sizeof(array[0]);++p)
cout<< *p <<endl;
}

C++是一个追求极致性能的语言,在有范围的数组中,由程序员来说明循环的范围是多余的,有时还会容易犯错误。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

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void TestFor(){
int array[] = {1,2,3,4,5};
for(auto& e : array)
e *= 2;
for(auto e : array)
cout<< e << " ";
}
范围for的使用条件

1、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

比如如下代码,数组作为形参传入时,这时候的循环条件是不确定的。

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void TestFor(int array[]){
for(auto& e : array)
cout<< e <<endl;
}

2、迭代的对象要实现++和==的操作

指针空值nullptr

在C语言中,我们一般定义一个空指针是int *p = NULL或者int *p = 0

两者的意思基本上是相似的。不过NULL实际上是一个宏

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#define NULL 0
#define NULL ((void*) 0)

在头文件的定义中,一般是这样的。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*)0)

比如在函数中想调用int*的函数,但是NULL被定义成0,因此与程序的初衷相悖

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void f(int) 
{
cout<<"f(int)"<<endl;
}
void f(int*)
{
cout<<"f(int*)"<<endl;
}
int main()
{
f(0);
f(NULL);
f((int*)NULL);
return 0;
}
nullptr和nullptr_t

为了考虑兼容性,C++11并没有消除常量0的二义性,C++11给出了全新的nullptr表示空值指针。C++11为什么

不在NULL的基础上进行扩展,这是因为NULL以前就是一个宏,而且不同的编译器厂商对于NULL的实现可能

不太相同,而且直接扩展NULL,可能会影响以前旧的程序。因此:为了避免混淆,C++11提供了nullptr,

即:nullptr代表一个指针空值常量。nullptr是有类型的,其类型为nullptr_t,仅仅可以被隐式转化为指针类

型,nullptr_t被定义在头文件中:

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typedef decltype(nullptr) nullptr_t;

注意!!!

注意!!!

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

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