C++初阶篇----新手进村

一、什么是C++

二、C++关键字

相较于C语言，C语言有32个关键字，而C++则有63个关键字

三、命名空间

在C/C++中，变量、函数等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

3.1命名空间的定义

命名空间的普通定义

//命名空间的普通定义
namespace bit
{int rand = 10;int scanf = 2;int Add(int x, int y){return x + y;}
}

命名空间的嵌套定义

//命名空间的嵌套定义、
namespace bit1
{int rand = 10;int scanf = 2;int Add(int x, int y){return x + y;}namespace bit2{int c;int d;int Sub(int left, int right){return left + right;}}
}

同一个命名空间的合并
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

3.2命名空间的使用

作用域:

符号**“::”**在C++中叫做作用域限定符，我们通过“命名空间名称::命名空间成员”便可以访问到命名空间中相应的成员

加命名空间名称及作用域限定符,嵌套调用可以用"xxx::bbb::"

	std::cin >> i;cout << "xxxx" << endl;cout << bit::rand << endl;

使用using将命名空间中某个成员引入

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

使用using namespace 命名空间名称 引入

using namespace bit;
int main()
{int i = 0;std::cin >> i;cout << "xxxx" << endl;cout << bit::rand << endl;Add();
}

四、C++输入和输出

std是C++标准库的命名空间名,C++将标准库的定义实现都放在这个命名空间中

使用cout标准输出对象(控制台)和cin标准输入对象(键盘)时，必须包含< iostream >头文件
以及按命名空间使用方法使用std。

输出流:cout和endl,其中endl表示换行输出.他们都包含在的头文件中 输入流:cin
<<是流插入运算符，>>是流提取运算符

在C++的输入输出可以自动识别变量类型

五、缺省参数

5.1缺省参数的概念

缺省参数是声明或定义函数时为函数的一个参数指定一个缺省值,在调用函数的时候,如果没有传参(也就是没有指定的实参)则采用该形参的缺省值

5.2缺省参数的分类

全缺省参数

void myq(int x=5,int y=2,int z=5)
{cout << "x=" << x << endl;cout << "y=" << y << endl;cout << "z=" << z << endl;}

半缺省参数

void fun(int x, int y = 10)
{cout << x << y << endl;
}

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

六、函数重载

同一个函数名可以定义为多个不同类型的函数

6.1函数重载的概念

函数重载是指在同一个作用域内，可以定义多个具有相同名称但参数列表不同的函数。C++通过函数的参数个数、类型或顺序的不同来实现函数重载。

通过使用相同的函数名来实现不同的功能和操作

//1.参数类型不同
int max(int x, int y)
{if (x > y)return x;elsereturn y;
}double max(double x, double y)
{if (x - y > 0)return x;else return y;
}
//2.参数个数不同
void max()
{cout << "max()" << endl;
}//3.参数类型的顺序
void min(int x, char y)
{cout << x << y << endl;
}void min(char x, int y)
{cout << x << y << endl;
}int main()
{max(1, 4);max(1.2, 4.2);max();min(6, 'm');min('m', 5);return 0;
}

6.2函数重载的原理----名字修饰

C/C++中,一个程序在运行中都需要经历这四个阶段:预处理、编译、汇编、链接

1. 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. 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. 在c中的链接,函数是通过函数名来寻找函数的地址
4. 而C++中的链接,会通过函数名和函数参数的类型来寻找

七、引用

7.1引用概念

引用不是新定义一个变量，而是给已有的变量去一个别名，本质上就是同一个变量的不同叫法。
因此编译器不会为引用变量开辟内存空间，他和它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；

注意：引用类型必须和引用实体为同一种类型

7.2引用特性

1. 引用在定义是必须初始化
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

7.3常引用

int main()
{const int a = 10;const int& ma = a;//int& fa = a;        //编译出错double b = 3.14;double & fa = b;const int& c = 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;cout << b << endl << c << endl;return 0;	
}

7.4引用的使用

参数引用

void Swap(int& x, int& y)
{int tmp = x;x = y;y = tmp;
}

返回值引用

int& count()
{static int x = 0;x++;return x;
}

引用函数返回值的作用
避免不必要的对象拷贝开销，提高程序的性能；支持连续赋值和链式调用，使代码更加简洁和易读；同时允许函数返回修改后的对象，增加了程序的灵活性。因此，在设计函数接口时，如果函数返回的是一个非基本数据类型的对象，考虑返回值引用通常是一个不错的选择。

7.5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。

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 < 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;
}

传值和指针在作为传参以及返回值类型上效率相差很大

7.6引用和指针的区别

语法的概念上,引用就是一个别名,没有独立空间,同引用实体共用一块空间
而在编译器实现的底层上,实际是有空间的,因为引用也是按照指针方式来实现的,只是较于c来说,把事情的重复性交给了底层,来提高效率

7.7引用与指针的不同点

1. 引用概念上定义一个变量的别名，指针存储一个**变量地址**。
2. **引用在定义时必须初始化，而指针没有要求**
3. 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
4. 没有NULL引用，但有NULL指针
5. 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)
6. 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
7. 有多级指针，但是没有多级引用
8. 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
9. 引用比指针使用起来相对更安全

八、内联函数

8.1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，没有函数调用建立栈帧的开销，内联函数提升程序运行的效率

这里便涉及到汇编的一些知识

内联函数实质是,将整个函数(也就是这一堆的指令) ,直接展开使用
比较 宏: 宏虽然也能直接展开函,但宏的本质是将所写的指令从一个名字中替换

8.2 特性

1. inline是一种以空间换时间的做法，如果编译器将函数当成内联函数处理，在编译阶段，会
   用函数体替换函数调用.
   缺陷：可能会使目标文件变大，优势：少了调用开销，提高程序运行效率。
2. inline对于编译器而言只是一个建议，不同编译器关于inline实现机制可能不同，一般建议：将函数规模较小(即函数不是很长，具体没有准确的说法，取决于编译器内部实现)、不是递归、且频繁调用的函数采用inline修饰，否则编译器会忽略inline特性。
3. 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

相较于宏的优缺点:
优:

1. 可以增强代码复用性
2. 提高性能
   缺:
3. 不方便调试
4. 可读性差
5. 没有类型的检查

C++有哪些技术替代宏？

1. 常量定义 换用const enum
2. 短小函数定义 换用内联函数

九、auto关键字

9.1类型别名思考

当程序过于复杂,类型过于繁多复杂,如

1. 类型难以拼写
2. 含义不明确

#include <string>
#include <map>
int main()
{std::map<std::string, std::string> m{ { "apple", "苹果" }, { "orange", 
"橙子" }, {"pear","梨"} };std::map<std::string, std::string>::iterator it = m.begin();while (it != m.end()){//....}return 0;
}

std::map<std::string, std::string>::iterator 是一个类型，但是该类型太长了，特别容易写错。

使用typedef给类型取别名确实可以简化代码，但是typedef有会遇到新的难题:

typedef char* pstring;
int main()
{const pstring p1;    // 编译成功还是失败？const pstring* p2;   // 编译成功还是失败？return 0;
}

在编程时，常常需要把表达式的值赋值给变量，这就要求在声明变量的时候清楚地知道表达式的
类型。然而有时候要做到这点并非那么容易，因此C++11给auto赋予了新的含义。

9.2 auto简介

使用auto修饰的变量，是具有自动存储器的局部变量
但实际应用中并不多见,这是为什么?

：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

【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。

9.3 auto的使用细则

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* 没有区别,但用auto声明引用类型则必须加 &
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。

9.4 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. 不能直接用来声明数组

十、C++范围的for循环（C++11）

10.1范围for的语法

C++是兼容C的,所以for循环中,C的语法依然是适用的

int main()
{for(int i=0;i<10;i++){printf("%d ",i);}return 0;
}

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。

for(迭代变量 : 别迭代范围){}

int main()
{int array1[] = { 1,2,3,4,5,6 };int array2[] = { 1,2,3,4,5,6 };//仅仅只是变量的拷贝，不做修改for (int i : array1){i *= 2;}for (auto e : array1){cout << e << " ";}cout << endl;//for范围配合引用，可以做到指针的效果for (auto& i : array2){i *= 2;}for (auto i : array2){cout << i << " ";}return 0;
}

10.2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的办法,begin和end就是for循环迭代的范围

十一、nullptr指针空值（C++11）

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：

	int* N = NULL;int* M = 0;

在C的头文件中,(stddef.h)
NULL实际是一个宏 ,所以在应用中,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

void fun(int)
{cout << "fun(int)" << endl;
}
void fun(int*)
{cout << "fun(int*)" << endl;
}int main()
{fun(0);fun(NULL);fun((int*)NULL);return 0;
}

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.
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：

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