C++初阶-入门基础语法
目录
前言
本章主要讲解：
入门学习C++的各种细碎语法知识
一、C++关键字
C++ 总计 63 个关键字， C 语言 32 个关键字
注：只是看一下 C++ 有多少关键字，不对关键字进行具体的讲解
二、namespacem命名空间
- 概念：
在C/C++中变量、函数和类的名称都大量存在于全局作用域中，可能会导致命名冲突 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
- 使用：
使用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
- 示例1：普通定义
//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;
}
}- 示例2：嵌套定义
//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;
}
}
}- 示例3：多处定义
//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：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，避免因为同名变量以及函数而被调用（相当于一个壁障）
命名空间使用三种方式
- 示例1：加命名空间名称及作用域限定符
int main()
{
printf("%d\n", N::a);
printf("%d\n", N::Add(N::a,N::b));
return 0;
}
- 示例2：使用using将命名空间中成员引入
using N::a;
using N::Sub;
int main()
{
printf("%d\n", a);
printf("%d\n", Sub(a,N::b));
return 0;
}
- 示例3：使用using namespace 命名空间名称引入
using namespace N;
int main()
{
printf("%d\n", a);
printf("%d\n", Sub(a,b));
return 0;
}三、C++输入&输出
- 输出Hello world：
#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：
- C++的库函数都在std这个命名空间中定义，而"<<"和“>>”流输入输出则需要包含<iostream>
- 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
注：但是对于有特别的格式要求的输出，如输出小数点后几位则建议使用printf（cout会非常的麻烦）
- 示例：
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
int a;
double b;
char c;
cin >> a >> b >> c;//输入
cout << a << " " << b << " " << c << endl;//endl等同于输出"\n"
cout << a << " " << b << " " << c << "\n";
return 0;
}
四、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
- 示例：
void test(int a = 0)
{
cout << a << endl;
}
int main()
{
test();// 没有传参时，使用参数的默认值
test(1);// 传参时，使用指定的实参
return 0;
}
缺省参数分类
- 示例1：全缺省参数
void TestFunc(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{
cout<<"a = "<<a<<endl;
cout<<"b = "<<b<<endl;
cout<<"c = "<<c<<endl;
}示例2：半缺省参数
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
2. 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现
- 示例：
//test.h void TestFunc(int a = 10); // test.cpp void TestFunc(int a = 10) { }
注：建议只在声明时出现缺省参数（便于查看） 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）
五、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
- 示例：
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;
}注：函数是否重载一定是在函数名相同下关于函数参数是否不同（函数参数的类型，个数，顺序三者满足其中之一即可）
- 错误示例：
名字修饰
C/C++能否支持重载在于其能否在链接时成功找到对应函数地址，而这又关乎函数名字的修饰规则
注：关于程序如何生成的知识有问题的话，可以浏览学习下该知识：⭐️ C语言进阶 ⭐️ 程序环境和预处理【~建议收藏~】
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
- 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
- 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
- 链接时，面对Add函数，连接器会根据编译器自己的函数名修饰规则去找对应出现的函数，而C/C++的命名修饰是不同的
- 示例：使用gcc演示修饰后的函数名字
采用C语言编译器编译后结果
说明：在linux下，采用gcc编译完成后，函数名字的修饰没有发生改变
- C不支持函数重载：
如果有重载函数（函数名相同，参数不同），根据C语言的名字修饰规则，那么在编译后生成的符号表则会存在多个相同的函数名，在链接对应函数的地址时则会有歧义，无法链接成功，也就无法支持函数重载
采用C++编译器编译后结果
说明：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根据规则添加到修改后的名字中
- C++支持函数重载：
在链接对应函数地址时，其函数名字修饰规则会根据参数生成不同的函数名字，从而使得呢能够成功找到对应函数地址，并连接成功，也就支持了函数重载
注：windows命名规则比linux复杂，但本质上原理都是一致的；也因为函数名字修饰的规则，函数重载要求参数不同，而跟返回值没关系
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
- 例子：
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，那么他就使用extern “C”来解决
- 示例：
extern "C" int Add(int left, int right);
int main()
{
Add(1,2);
return 0;
}
//链接时报错：error LNK2019: 无法解析的外部符号_Add，该符号在函数 _main 中被引用六、引用
- 概念:
从语法上来说，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
- 使用：
类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；
- 示例：
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
- 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
- 示例：
常引用
- 概念：
常引用是在引用时遇到常量，或有常属性时会造成读取写入权限冲突，要想成功引用，则需要加上const修饰引用，保持对象和引用权限一致
- 示例：
void TestConstRef()
{
const int a = 10;//a为常量，只能读取，不能修改
//int& ra = a; // 引用a，但是该引用有读取和写入的权限，与对象本身权限有冲突
const int& ra = a;//该引用只有读取权限，与引用对象权限相符
// int& b = 10; // 10在这里为常量，而该引用有权限冲突
const int& b = 10;//权限一致
double d = 12.34;
//int& rd = d; //赋值类型转化时会产生一个中间变量，该中间变量为常属性，有权限冲突
const int& rd = d;//权限一致
}引用的使用
引用做参数
- 示例1：
void Swap(int& left, int& right)
{
int temp = left;
left = right;
right = temp;
}
说明：引用做参数，既能读取也能修改影响实参
引用做返回值
- 传值返回：
传值返回都会生成一个拷贝
- 示例：
int Add(int a, int b)
{
int c = a + b;
return c;
}
- 传引用返回:
返回的是引用对象本身
int& Add(int a, int b)
{
int c = a + b;
return c;
}
注：非法访问并不一定会报错，这个取决于编译器的检查（一般只在常发生非法访问的地方设置检查点）
- 示图：非法访问的空间被覆盖
- 总结：
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
- 示例：正确使用
int& Count()
{
static int n = 0;
n++;
// ...
return n;
}
参数和返回值的比较
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；而传引用和返回引用传的是引用本身，不用拷贝，效率非常高
- 示例：
#include<iostream>
using namespace std;
#include <time.h>
struct A { int a[10000]; };
A a;
//传值
void TestFunc1(A a) {}
//传引用
void TestFunc2(A& a) {}
// 值返回
A TestFunc3() { return a; }
// 引用返回
A& TestFunc4() { return a; }
void Test()
{
// 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();
// 以值作为函数的返回值类型
size_t begin3 = clock();
for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
TestFunc3();
size_t end3 = clock();
// 以引用作为函数的返回值类型
size_t begin4 = clock();
for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
TestFunc4();
size_t end4 = 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;
// 计算两个函数运算完成之后的时间
cout << "TestFunc3 time:" << end3 - begin3 << endl;
cout << "TestFunc4 time:" << end4 - begin4 << endl;
}
引用和指针
- 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
- 引用和指针的不同点总结:
- 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
七、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
- 示例：
int Add(int a, int b)
{
return a + b;
}
int main()
{
int ret=0;
ret=Add(1, 2);
return 0;
}注：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
- 效果示图：
注：在debug模式下查看，需要对编译器进行设置，否则不会展开(debug模式下编译器默认不会对代码进行优化)
- 设置：vs2019
- 特性：
- inline是一种以空间换时间的做法，省去调用函数额开销，增大空间消耗（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（对于函数体内有循环/递归等的内联，编译器优化时会忽略）
- inline不建议声明和定义分离，分离会导致链接错误。因为inline在编译时会被展开，也就没有函数地址，链接就会找不到对应函数
- 示例：
// F.h #include <iostream> using namespace std; inline void f(int i); // F.cpp #include "F.h" void f(int i) { cout << i << endl; } // main.cpp #include "F.h" int main() { f(10); return 0; } // 链接错误：main.obj : error LNK2019: 无法解析的外部符号 "void __cdecl f(int)" (？f@@YAXH@Z)，该符号在函数 _main 中被引用
- 相关面试例题：
例题1：宏的优缺点？
- 优点：1）强代码的复用 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
例题2：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
八、auto关键字
- 简介：
- 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（没什么用）
- C++11中赋予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
- 示例：
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：typeid（）.name能展示类型名称
- 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
使用细则
- 1.auto与指针和引用结合使用
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&
- 示例：
int main()
{
int x = 10;
auto a = &x;
auto* b = &x;
auto& c = x;
cout << typeid(a).name() << endl;
cout << typeid(b).name() << endl;
cout << typeid(c).name() << endl;
* a = 20;
cout << *a << endl;
*b = 30;
cout << *b << endl;
c = 40;
cout << c << 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定义其他变量
- 示例：
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（不知道传入的a是什么）
void TestAuto(auto a)
{}- 4.auto不能直接用来声明数组
void TestAuto()
{
int a[] = {1,2,3};
auto b[] = {4，5，6};//err
}- 5.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
- 6.auto在实际中最常见的优势用法是与for-range循环结合以及lambda表达式等进行配合使用
九、基于范围的for循环
- 背景：
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
- 范围for的语法：
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
- 示例：
int main()
{
int arr[] = { 1,2,5,8,6,4,9,55,41 };
int arr2[][3] = { 1,2,3,4,5,6,7,4,9 };
//一维数组遍历
for (auto x : arr)//读取
{
cout << x << " ";
}cout << endl;
for (auto& x : arr)//修改
{
x *= 2;
}
for (auto x : arr)//读取
{
cout << x << " ";
} cout << endl;
//二维数组遍历
for (auto& x : arr2)//虽然没有修改值，但是不使用引用类型，会让x从数组自动转化为指针
{
for (auto e : x)
{
cout << e << " ";
}cout << endl;
}
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
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
- 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;
} - 2. 迭代的对象要实现++和==的操作（现在只做了解）
十、指针空值nullptr
- C++98中的指针空值
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
- 指针没有合法的指向初始化：
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
- 示例：
#ifndef NULL
#ifdef __cplusplus
#define NULL 0
#else
#define NULL ((void *)0)
#endif
#endifNULL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
- 示例：
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;
}- 说明：
- 程序本意是想通过f(NULL)调用指针版本的f(int*)函数，但是由于NULL被定义成0，因此与程序的初衷相悖
- 在C++98中，字面常量0既可以是一个整形数字，也可以是无类型的指针(void*)常量，但是编译器默认情况下将其看成是一个整形常量，如果要将其按照指针方式来使用，必须对其进行强转(void *)0
- 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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