C++基础入门(上)

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C++基础入门(上)

收录于专栏【C++语法基础】
本专栏旨在分享学习C++的一点学习笔记，欢迎大家在评论区交流讨论💌

目录

1. C++发展历史

2. C++版本更新

3. C++参考⽂档： 

4. C++的重要性 

4.1 编程语⾔排⾏榜

4.2 C++在⼯作领域中的应⽤ 

5. 学习书籍推荐

6. C++的第一个程序

 7.命名空间

7.1namespace的价值

7.2namespace的定义

7.3 命名空间使⽤

8. C++输⼊&输出 

 9. 缺省参数

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1. C++发展历史

C++的起源可以追溯到1979年，当时BjarneStroustrup(本贾尼·斯特劳斯特卢普，这个翻译的名字不 同的地⽅可能有差异)在⻉尔实验室从事计算机科学和软件⼯程的研究⼯作。⾯对项⽬中复杂的软件开 发任务，特别是模拟和操作系统的开发⼯作，他感受到了现有语⾔（如C语⾔）在表达能⼒、可维护性 和可扩展性⽅⾯的不⾜。 1983年，BjarneStroustrup在C语⾔的基础上添加了⾯向对象编程的特性，设计出了C++语⾔的雏形， 此时的C++已经有了类、封装、继承等核⼼概念，为后来的⾯向对象编程奠定了基础。这⼀年该语⾔被 正式命名为C++。 在随后的⼏年中，C++在学术界和⼯业界的应⽤逐渐增多。⼀些⼤学和研究所开始将C++作为教学和研 究的⾸选语⾔，⽽⼀些公司也开始在产品开发中尝试使⽤C++。这⼀时期，C++的标准库和模板等特性 也得到了进⼀步的完善和发展。 C++的标准化⼯作于1989年开始，并成⽴了⼀个ANSI和ISO（InternationalStandards Organization）国际标准化组织的联合标准化委员会。1994年标准化委员会提出了第⼀个标准化草 案。在该草案中，委员会在保持斯特劳斯特卢普最初定义的所有特征的同时，还增加了部分新特征。 在完成C++标准化的第⼀个草案后不久，STL（StandardTemplateLibrary）是惠普实验室开发的⼀系 列软件的统称。它是由AlexanderStepanov、MengLee和DavidRMusser在惠普实验室⼯作时所开发 出来的。在通过了标准化第⼀个草案之后，联合标准化委员会投票并通过了将STL包含到C++标准中的 提议。STL对C++的扩展超出C++的最初定义范围。虽然在标准中增加STL是个很重要的决定，但也因 此延缓了C++标准化的进程。 1997年11⽉14⽇，联合标准化委员会通过了该标准的最终草案。1998年，C++的ANSI/IS0标准被投⼊使⽤。

2. C++版本更新

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3. C++参考⽂档： 

参考 - C++ 参考 (cplusplus.com)

C++ 参考手册 - cppreference.com

cppreference.com

说明：第⼀个链接不是C++官⽅⽂档，标准也只更新到C++11，但是以头⽂件形式呈现，内容⽐较易看 好懂。后两个链接分别是C++官⽅⽂档的中⽂版和英⽂版，信息很全，更新到了最新的C++标准，但是 相⽐第⼀个不那么易看；⼏个⽂档各有优势，我们结合着使⽤。

4. C++的重要性 

4.1 编程语⾔排⾏榜

TIOBE排⾏榜是根据互联⽹上有经验的程序员、课程和第三⽅⼚商的数量，并使⽤搜索引擎（如 Google、Bing、Yahoo!）以及Wikipedia、Amazon、YouTube和Baidu（百度）统计出排名数据，只 是反映某个编程语⾔的热⻔程度，并不能说明⼀⻔编程语⾔好不好，或者⼀⻔语⾔所编写的代码数量多少。

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4.2 C++在⼯作领域中的应⽤ 

C++的应⽤领域服务器端、游戏（引擎）、机器学习引擎、⾳视频处理、嵌⼊式软件、电信设备、⾦融 应⽤、基础库、操作系统、编译器、基础架构、基础⼯具、硬件交互等很多⽅⾯都有。

1. ⼤型系统软件开发。如编译器、数据库、操作系统、浏览器等等

2. ⾳视频处理。常⻅的⾳视频开源库和⽅案有FFmpeg、WebRTC、Mediasoup、ijkplayer，⾳视频 开发最主要的技术栈就是C++。

3. PC客⼾端开发。⼀般是开发Windows上的桌⾯软件，⽐如WPS之类的，技术栈的话⼀般是C++和 QT，QT是⼀个跨平台的C++图形⽤⼾界⾯（GraphicalUserInterface，GUI）程序。

4. 服务端开发。各种⼤型应⽤⽹络连接的⾼并发后台服务。这块Java也⽐较多，C++主要⽤于⼀些对性能要求⽐较⾼的地⽅。如：游戏服务、流媒体服务、量化⾼频交易服务等

5. 游戏引擎开发。很多游戏引擎就都是使⽤C++开发的，游戏开发要掌握C++基础和数据结构，学习 图形学知识，掌握游戏引擎和框架，了解引擎实现，引擎源代码可以学习UE4、Cocos2d-x等开源 引擎实现

6. 嵌⼊式开发。嵌⼊式把具有计算能⼒的主控板嵌⼊到机器装置或者电⼦装置的内部，通过软件能够 控制这些装置。⽐如：智能⼿环、摄像头、扫地机器⼈、智能⾳响、⻔禁系统、⻋载系统等等，粗略⼀点，嵌⼊式开发主要分为嵌⼊式应⽤和嵌⼊式驱动开发。

7. 机器学习引擎。机器学习底层的很多算法都是⽤C++实现的，上层⽤python封装起来。如果你只想准备数据训练模型，那么学会Python基本上就够了，如果你想做机器学习系统的开发，那么需要学会C++。

8. 测试开发/测试。每个公司研发团队，有研发就有测试，测试主要分为测试开发和功能测试，测试 开发⼀般是使⽤⼀些测试⼯具(selenium、Jmeter等)，设计测试⽤例，然后写⼀些脚本进⾏⾃动化测试性能测试等，有些还需要⾃⾏开发⼀些测试⽤具。功能测试主要是根据产品的功能，设计测试⽤例，然后⼿动的⽅式进⾏测试。

5. 学习书籍推荐

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C++Primer：主要讲解语法，经典的语法书籍，前后中期都可以看，前期如果⾃学看可能会有点晦涩 难懂，能看懂多少看懂多少，就当预习，学了⽐特课程后，中后期作为语法字典，⾮常好⽤。 STL源码剖析：主要从底层实现的⻆度结合STL源码，庖丁解⽜式剖析STL的实现，是侯捷⽼师的经典 之作。可以很好的帮助我们学习别⼈⽤语法是如何实现出⾼效简洁的数据结构和算法代码，如何使⽤ 泛型封装等。让我们不再坐井观天，闭⻔造⻋，中后期可以看。 Effctive C++：本书也是侯捷⽼师翻译的，本书有的⼀句评价，把C++程序员分为看过此书的和没看过此书的。本书主要讲了55个如何正确⾼效使⽤C++的条款，建议中后期可以看⼀遍，⼯作1-2年后再看 ⼀遍，相信会有不⼀样的收获。 

6. C++的第一个程序

C++兼容C语⾔绝⼤多数的语法，所以C语⾔实现的helloworld依旧可以运⾏，C++中需要把定义⽂件 代码后缀改为.cpp，vs编译器看到是.cpp就会调⽤C++编译器编译，linux下要⽤g++编译，不再是gcc

// test.cpp#include<stdio.h>int main(){printf("hello world\n");return 0;}

当然C++有⼀套⾃⼰的输⼊输出，严格说C++版本的helloworld应该是这样写的。

 // test.cpp// 这⾥的std cout等我们都看不懂，没关系，下⾯会依次讲解
#include<iostream>
using namespace std;int main()
{cout << "hello world\n" << endl;return 0;
}

 7.命名空间

7.1namespace的价值

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。

c语⾔项⽬类似下⾯程序这样的命名冲突是普遍存在的问题，C++引⼊namespace就是为了更好的解决这样的问题

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int rand = 10;int main()
{// 编译报错：error C2365 : “rand”:重定义；以前的定义是“函数”printf("%d\n", rand);return 0;
}

​ 

7.2namespace的定义

• 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。命名空间中可以定义变量/函数/类型等。

• namespace本质是定义出⼀个域，这个域跟全局域各⾃独⽴，不同的域可以定义同名变量，所以下⾯的rand不在冲突了。

• C++中域有函数局部域，全局域，命名空间域，类域；域影响的是编译时语法查找⼀个变量/函数/ 类型出处(声明或定义)的逻辑，所有有了域隔离，名字冲突就解决了。局部域和全局域除了会影响 编译查找逻辑，还会影响变量的声明周期，命名空间域和类域不影响变量生命周期。 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>namespace yu
{int rand = 10;
}int a = 0;
int main()
{printf("%p\n", rand);printf("%d\n", yu::rand);int a = 1;printf("%d\n", a);//::域作用限定符printf("%d\n",::a);return 0;                       
}

• namespace只能定义在全局，当然他还可以嵌套定义。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>// 域
namespace yu
{namespace ld{int rand = 1;int Add(int left, int right){return left + right;}}// 杭哥namespace lr{int rand = 2;int Add(int left, int right){return (left + right) * 10;}}
}int main()
{printf("%d\n", yu::ld::rand);printf("%d\n", yu::ld::Add(1,2));printf("%d\n", yu::lr::rand);printf("%d\n", yu::lr::Add(1,2));return 0;
}

• 项⽬⼯程中多⽂件中定义的同名namespace会认为是⼀个namespace，不会冲突。

比如我们可以定义一个栈的头文件和cpp文件

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>namespace Mystack
{typedef int STDataType;typedef struct Stack{STDataType* a;int top;int capacity;}ST;void STInit(ST* ps, int n = 4);void STDestroy(ST* ps);void STPush(ST* ps, STDataType x);void STPop(ST* ps);STDataType STTop(ST* ps);int STSize(ST* ps);bool STEmpty(ST* ps);
}

#include"Stack.h"namespace Mystack
{void STInit(ST* ps, int n){assert(ps);ps->a = (STDataType*)malloc(n * sizeof(STDataType));ps->top = 0;ps->capacity = n;}// ջvoid STPush(ST* ps, STDataType x){assert(ps);// ˣ if (ps->top == ps->capacity){printf("\n");int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity* 2;STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a,newcapacity * sizeof(STDataType));if (tmp == NULL){perror("realloc fail");return;}ps->a = tmp;ps->capacity = newcapacity;}ps->a[ps->top] = x;ps->top++;}//...

 在main主函数中再次定义一个栈

#include"Stack.h"// 全局定义了一份单独的Stack
typedef struct Stack
{int a[10];int top;
}ST;
void STInit(ST* ps) {}
void STPush(ST* ps, int x) {}int main()
{// 调用全局的ST st1;STInit(&st1);STPush(&st1, 1);STPush(&st1, 2);printf("%d\n", sizeof(st1));// 调用Mystack namespace的Mystack::ST st2;printf("%d\n", sizeof(st2));Mystack::STInit(&st2, 4);Mystack::STPush(&st2, 1);Mystack::STPush(&st2, 2);return 0;
}

程序会调用不同命名空间的栈进行计算 

• C++标准库都放在⼀个叫std(standard)的命名空间中。 

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string message = "Hello, World!";std::cout << message << std::endl;return 0;
}

 在这个例子中：

• std::string 是 std 命名空间中的 string 类型。
• std::cout 是 std 命名空间中的 cout 对象，用于标准输出。

如果没有使用命名空间 std，而是直接使用 cout 或 string，则需要添加额外的声明或者会出现编译错误，因为这些标识符在全局命名空间中通常是未定义的或者与其他库发生冲突。

7.3 命名空间使⽤

编译查找⼀个变量的声明/定义时，默认只会在局部或者全局查找，不会到命名空间⾥⾯去查找。所以下⾯程序会编译报错。所以我们要使⽤命名空间中定义的变量/函数，

有三种⽅式：

• 指定命名空间访问，项⽬中推荐这种⽅式。

• using将命名空间中某个成员展开，项⽬中经常访问的不存在冲突的成员推荐这种⽅式。

• 展开命名空间中全部成员，项⽬不推荐，冲突⻛险很⼤，⽇常⼩练习程序为了⽅便推荐使⽤。

//展开头文件
#include <stdio.h>
namespace My_yu
{int a = 0;int b = 1;
}//using namespace My_yu; 全部展开
using My_yu::a; //展开部分int main()
{printf("%d\n", a);printf("%d\n", a);printf("%d\n", a);printf("%d\n", a);printf("%d\n", a);printf("%d\n", a);printf("%d\n", My_yu::b);return 0;
}

8. C++输⼊&输出 

• <iostream>是InputOutputStream的缩写，是标准的输⼊、输出流库，定义了标准的输⼊、输 出对象。

• std::cin 是istream类的对象，它主要⾯向窄字符（narrowcharacters(oftypechar)）的标准输 ⼊流。

• std::cout 是ostream类的对象，它主要⾯向窄字符的标准输出流。

• std::endl 是⼀个函数，流插⼊输出时，相当于插⼊⼀个换⾏字符加刷新缓冲区。

• <<是流插入运算符,>>是流提取运算符。（C语⾔还⽤这两个运算符做位运算左移/右移）

• 使⽤C++输⼊输出更⽅便，不需要像printf/scanf输⼊输出时那样，需要⼿动指定格式，C++的输⼊ 输出可以⾃动识别变量类型(本质是通过函数重载实现的，这个以后会讲到)，其实最重要的是 C++的流能更好的⽀持⾃定义类型对象的输⼊输出。

• IO流涉及类和对象，运算符重载、继承等很多⾯向对象的知识，这些知识我们还没有讲解，所以这⾥我们只能简单认识⼀下C++IO流的⽤法，后⾯会出专⻔的⼀个章节来细节IO流库。

• cout/cin/endl等都属于C++标准库，C++标准库都放在⼀个叫std(standard)的命名空间中，所以要 通过命名空间的使⽤⽅式去⽤他们。

• ⼀般⽇常练习中我们可以using namespace std，实际项⽬开发中不建议using namespace std。

• 这⾥我们没有包含<stdio.h>，也可以使⽤printf和scanf，在包含间接包含了。vs系列编译器是这样的，其他编译器可能会报错。

#include<iostream>
using namespace std;int main()
{int i = 1234;int j = -1234;std::cout << i << endl;cout << i << endl;

 自动识别类型:

#include<iostream>
using namespace std;int main()
{int a = 0;double b = 0.1;char c = 'x';cout << a << "             " << b << " " << c << "\n" << '\n' << endl;std::cout << a << " " << b << " " << c << std::endl;scanf("%d%lf", &a, &b);printf("%d %lf\n", a, b);// 可以自动识别变量的类型//cin >> a;//cin >> b >> c;cin >>a>> b >> c;cout << a << endl;cout << b << " " << c << endl;return 0;
}

1. ios_base::sync_with_stdio(false);：

   • 默认情况下，C++ 的输入输出流与 C 标准输入输出流是同步的，这意味着在使用 cin 和 cout 时，它们会在每次读取或写入后都尝试刷新相关的缓冲区。这种同步可能会导致性能上的损失，特别是在大量的输入输出操作中。
   • 通过将 sync_with_stdio 设置为 false，你告诉 C++ 不要与 C 的标准输入输出流同步，从而可以获得更好的性能，因为 C++ 的流可以使用更高效的缓冲机制。

2. cin.tie(nullptr); 和 cout.tie(nullptr);：

   • 默认情况下，cin 和 cout 是关联的，这意味着当你使用 cin 进行输入时，cout 的缓冲区会被刷新，以确保输出先于输入显示（通常不需要显式刷新，因为输入操作会自动刷新输出缓冲区）。
   • 将 cin.tie(nullptr); 和 cout.tie(nullptr); 设置为 nullptr，你断开了 cin 和 cout 之间的关联。这可以防止不必要的缓冲区刷新，进一步提高输入输出的效率，尤其是在需要处理大量数据时。

#include<iostream>
using namespace std;int main()
{// 在io需求比较高的地方，如部分大量输入的竞赛题中，加上以下3行代码// 可以提高C++IO效率ios_base::sync_with_stdio(false);cin.tie(nullptr);cout.tie(nullptr);return 0;
}

 9. 缺省参数

• 缺省参数是声明或定义函数时为函数的参数指定⼀个缺省值。在调⽤该函数时，如果没有指定实参 则采⽤该形参的缺省值，否则使⽤指定的实参，缺省参数分为全缺省和半缺省参数。（有些地⽅把 缺省参数也叫默认参数）

• 全缺省就是全部形参给缺省值，半缺省就是部分形参给缺省值。C++规定半缺省参数必须从右往左依次连续缺省，不能间隔跳跃给缺省值。

• 带缺省参数的函数调⽤，C++规定必须从左到右依次给实参，不能跳跃给实参。

• 函数声明和定义分离时，缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现，规定必须函数声明给缺省 值。

#include <iostream>
using namespace std;void Func(int a = 0)
{cout << a << endl;
}int main()
{Func(); // 没有传参时，使用参数的默认值Func(10); // 传参时，使用指定的实参return 0;
}

#include <iostream>
using namespace std;void Func(int a = 0)
{cout << a << endl;
}// 全缺省
void Func1(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{cout << "a = " << a << endl;cout << "b = " << b << endl;cout << "c = " << c << endl << endl;
}// 半缺省
//C++规定半缺省参数必须从右往左 依次连续缺省，不能间隔跳跃给缺省值。
void Func2(int a, int b = 10, int c = 20)
{cout << "a = " << a << endl;cout << "b = " << b << endl;cout << "c = " << c << endl << endl;
}int main()
{//带缺省参数的函数调⽤，C++规定必须从左到右依次给实参，不能跳跃给实参。Func(); // 没有传参时，使用参数的默认值Func(10); // 传参时，使用指定的实参Func1();Func1(1);Func1(1, 2);Func1(1, 2, 3);//Func2();Func2(100);Func2(100, 200);Func2(100, 200, 300);return 0;
}

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void STInit(ST* ps, int n = 4);//函数声明和定义分离时，缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现，规定必须函数声明给缺值。
void STInit(ST* ps, int n)
{assert(ps);ps->a = (STDataType*)malloc(n * sizeof(STDataType));ps->top = 0;ps->capacity = n;
}#include<iostream>
using namespace std;#include"Stack.h"int main()
{Mystack::ST s1;Mystack::STInit(&s1);// 确定知道要插入1000个数据，初始化时一把开好，避免扩容Mystack::ST s2;Mystack::STInit(&s2, 1000);for (size_t i = 0; i < 1000; i++){Mystack::STPush(&s2, i);}return 0;
}