小白学习c++的的第一节课

初识c++

目录：
一、c++关键字(c++98)
二、命名空间
- 2.1 命名空间的定义
- 2.2 命名空间的使用
三、c++输入与输出
四、缺省参数
五、函数重载
六、引用
- 6.1引用特性
- 6.2常引用
- 6.3使用场景
- 6.4传值和传引用效率比较
- 6.5引用和指针的区别
七、内联函数
- 7.1 概念
- 7.2特性
八、auto关键字（c++11）
- 8.1 auto的使用
- 8.2 auto不能用的场景
九、基于范围的for循环（c++11）
- 9.1 范围for的使用条件
十、指针空值——nullptr（c++11）

经过了很长时间对C语言和c的数据结构学习，终于开始学C++了。前面基础不牢，后面地动山摇，给自己加油。
该如何去学习c++?
多写博客。写博客，主要是总结自己学习的知识，更系统更全面对所学的知识进行概况，也能起到复习的作用。
有时间的话多看看课外书
c++的学习不是一年、两年能学会的，要把学习语言作为一个持续的过程。
写代码能力很重要，多去牛客网和leetcode去刷题。
这篇博客写的是：
C语言语法的不足，以及c++在C语言设计不合理的地方进行优化，为以后的c++学习奠定基础。

c++是贝尔实验室的本贾尼等人在C语言的基础上进行扩展，增加了类的机制，称为c with classes。c++是面向对象的语言，它包含c。

一、c++关键字(c++98)

c++63个关键字，c语言32个关键字
在这里插入图片描述
等c++学完后，我会单独总结关键字。

二、命名空间

命名空间解决C语言的命名冲突问题

2.1 命名空间的定义

如：
rand重定义了，以前是函数，C语言没有办法解决这个命名冲突问题，c++提出了用namespace来解决
在这里插入图片描述
下面就是命名空间的定义
pp是命名空间的名字，命名空间中可以定义/变量/函数/类型。

命名空间可以嵌套使用

同一个工程文件可以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（如头文件的声明给它封起来，源文件的定义也给它封起来，因为它们的命名空间相同，所以最后会合成为同一个命名空间）
在这里插入图片描述
注意 :一个命名空间就定义了一个新的作用域，命名空间的所有内容都局限于该命名空间中。

2.2 命名空间的使用

命名空间的使用有三种方式：

加命名空间名称以及作用域限定符
N::a
使用using将命名空间中某个成员引用
using N::a;
使用using namespace 命名空间名称引用
using namespace N;

三、c++输入与输出

解释：

1.使用cout标准输出对象(控制台)和cin标准输入对象(键盘)时，必须包含头文件以及按命名空间使用方法使用std。
2.cout和cin是全局的流对象，endl是特殊的c++符号，表示换行输出。
3.<<流插入运算符，>>流提取运算符。
4。使用c++输入输出更方便，不需要C语言那样，手动控制格式，c++自动识别变量类型。

#include<iostream>
using namespace std;//使用c++标准库的命名空间std，c++定义实现都放到这个命名空间里
int main()
{
    int a;
    float b;
    char c;
    //自动识别变量的类型
    cin >> a;
    cin >> b >>c;
    //流输出
    cout << a<<" "<< b <<" "<< c << endl;
    return 0;
}

std命名空间的使用：

1.日常生活中直接使用 using namespace std即可，这样方便使用。
2.using namespace std展开，标准库就全部暴露出来了，如果我们的定义和库有重名，就会存在冲突问题。日常练习很少出现问题，所以可以展开；项目开发的时候，代码很多，就容易出现冲突问题，在项目开发过程中，我们可以std::cout这样使用指定命名空间+using std::cout 展开常用的库对象和类型等。。

四、缺省参数

缺省参数就是声明和定义函数的时候为函数的参数指定一个缺省值。调用该函数时，如果没有指定实参，就会采用该形参的缺省值，否则使用该实参。

全缺省参数
半缺省参数
参考：

注意：
1.半缺省参数必须从右往左连续给值，不能间隔给。
2.缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现。
3.缺省参数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

函数重载： 同一个作用域中声明的功能相似的同名函数，这些同名函数的形参列表（参数个数或类型或顺序）都不同。

参数类型不同
参数个数不同
参数类型顺序不同
参考：

#include<iostream>
using namespace std;
//1.参数类型不同
int Add(int a, int b)
{
    cout << "int Add(int a, int b)" << endl;
    return a + b;
}
double Add(double a, double b)
{
    cout << "double Add(double a, double b)" << endl;
    return a + b;
}
//2.参数个数不同
void f(int a, int b)
{
    cout << "int f(int a, int b)" << endl;
    cout << a + b << endl;
}
void f(int a)
{
    cout << "int f(int a)" << endl;
     cout << a << endl;
}
//3.参数类型顺序不同
void f(int a, char b)
{
    cout << "void f(int a, char b)" << endl;
    cout << a <<b<< endl;
}
void f(char a, int b)
{
    cout << "void f(char a, int b)" << endl;
    cout << a << b << endl;
}
int main()
{
   cout<< Add(10, 20)<<endl;
   cout << Add(10.1, 20.2)<<endl;

   f(5,5) ;
   f(5) ;

   f(1, 'a');
   f('a', 1);
    return 0;
}

为什么c++支持函数重载，而C语言不支持函数重载？
c/c++程序要想运行起来必须经历：预编译、编译、汇编、链接这几个阶段。
在这里插入图片描述符号表里有函数名和它的地址，C语言链接函数地址时，就用函数名去找（C语言不存在同名函数）；c++是通过函数修饰规则来区分的，只要参数不同，修饰出来的名字就不一样，就支持重载。
举例：
在LINUX系统环境下，gcc的函数修饰后不变，而g++函数修饰后变成【_z+函数长度+函数名+类型首字母】
采用C语言编译器编译后的结果：

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
结论：在linux系统下，用gcc编译完成后，函数名字没有发生改变
采用c++编译器编译的结果：

在这里插入图片描述

结论：在linux系统下，用g++编译完成后，函数名字发生改变了。
注意：
两个函数的函数名和参数一样，返回值不同是构不成重载的，因为调用时编译器没办法区分。

六、引用

类型& 引用变量名(对象名)=引用实体
引用不是新定义一个变量，是给已经存在的变量取个别名，编译器不会为引用开辟一块空间，它和它引用的那个变量共用一块内存空间。
注意： 引用类型必须和引用实体是同种类型。

6.1引用特性

1.引用定义时，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，就不能引用其他实体。

6.2常引用

#include <iostream>
using namespace std;//把标准库展开一下
void test_1()
{
    const int a = 10;
   // int& ra = a;//a具有常属性，ra没有常属性，不能给a取别名,权限的变大

    const int b = 20;
    const int& rb = b;//可以对常量进行引用，前提是变量具有常属性，权限的保持
    const int& bb = 20;//可以对常量进行引用，前提是变量具有常属性，权限的保持

    double c = 3.14;
    const double& rc = c;//权限的缩小

     int d= 30;
  //double& rd = d;//不能给类型不同的数据取别名

    cout << rb << " " << bb << " " << rc  << endl;
}
int main()
{
    test_1();
    return 0;
}

在这里插入图片描述
算术转换，整型提升，在赋值/引用的时候都会产生一个临时变量，这个临时变量具有常属性。

6.3使用场景

做参数
做返回值

#include <iostream>
using namespace std;//把标准库展开一下
//1.做参数
void test_1(int& a,int& b)
{//在函数中让值做交换
    int tem = a;
    a = b;
    b = tem;
}
//2.做返回值
int& test_2(int a,int b)
{//返回的对象在静态区，函数栈帧结束，对象还在。
   static int c = a + b;//static修饰的变量n在静态区中，静态区只能被初始化一次，后面就不能初始化了
    return c;

}
int main()
{
    int x = 10,  y = 20,  z = 30,  w = 40;
    test_1(x,y);
    int& add=test_2(z,w);
    test_2(10, 20);
    cout << x << " " << y << " " << add<< endl;//输出20 10 70
    return 0;
}

注意：如果函数返回时，出了函数作用域，返回的那个对象还在（没有还给系统），就可以使用返回值了；如果返回的那个对象不在（已经返回给系统），就必须使用传值返回，要是使用引用返回，结果就是未定义得（可能对，也可能错）。

6.4传值和传引用效率比较

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。
引用的作用就是为了提高效率。
1.引用做参数的比较

#include <iostream>
#include <time.h>
using namespace std;//把标准库展开一下
//定义一个结构体
struct C
{
    int a[100];
};
void A(C& c)
{}
void B(C c)
{}
int main()
{
    C c;
    int i;
    //引用做参数
    int begin1 = clock();
    for (i = 0; i < 100000;i++)
        A(c);
    int end11 = clock();
    //传值做参数
    int begin2 = clock();
    for (i = 0; i < 100000; i++)
       B(c);
    int end22 = clock();
    cout << "A(c)-time:" <<end11- begin1<< endl;
    cout << "B(c)-time:" << end22-begin2 <<endl;
    return 0;
}

在这里插入图片描述

2.引用做返回值的比较

#include <iostream>
#include <time.h>
using namespace std;//把标准库展开一下
//定义一个结构体
struct C
{
    int a[100];
}c;
C& A()
{
    return c;
}
C B()
{
    return c;
}
int main()
{
    int i;
    //引用返回
    int begin1 = clock();
    for (i = 0; i < 100000; i++)
        A();
    int end11 = clock();
    //传值返回
    int begin2 = clock();
    for (i = 0; i < 100000; i++)
        B();
    int end22 = clock();
    cout << "A()-time:" << end11 - begin1 << endl;
    cout << "B()-time:" << end22 - begin2 << endl;
    return 0;
}

在这里插入图片描述
通过上面比较，我们发现引用在作为函数的参数和返回值类型效率比传值的效率高。

6.5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的方式去实现的（引用和指针的汇编代码一样）。
需要牢牢记住
引用和指针的不同点：
1.引用概念上是定义一个变量的别名，指针存储的是一个变量地址。
2.引用在定义上必须初始化，指针没有要求。
3.引用对一个实体初始化过后，就不能在引用其他的实体了，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的字节个数（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，指针需要解引用操作，引用编译器自己处理。
9.引用比指针使用起来更加安全。

七、内联函数

必须掌握:
宏的优缺点：
优点：
1.增强代码的复用性。
2.提高性能。
缺点：
1.不能调试（预编译阶段进行了替换）
2.宏没有类型，比较危险
3.代码可读性差，可维护性差，容易误用。
c++用那些技术代替宏：
故c++推荐：const和enum替换宏常量，iline替换宏函数（不用建立栈帧，把宏的缺点全部去掉，inline会对函数进行优化，debug环境下，需要进行配置，内联函数是个建议）

7.1 概念

inline修饰的函数也叫内联函数，编译时c++编译器会在调用内联函数的地方展开，不需要函数调用建立栈帧的开销，内联函数提升运行效率。
案例：
在debug模式下，F10来调试，然后进行反汇编。add函数建立一个函数栈帧，然后通过call 跳转到add函数的地址，去访问那块空间。
在这里插入图片描述
在debug模式下，需要对编译器进行设置，inline内联函数才会展开（debug模式下编译器不会对代码进行优化）

1.右击弹出菜单
2.点击属性
3.按图操作，快速掌握

下面就是设置完成后，进行debug调试，反汇编的代码，我们可以看到，内联函数直接在调用的地方展开，极大的提高了程序运行的效率。
在这里插入图片描述

7.2特性

1.inline是以空间换时间的做法。缺点：编译出来的指令多，目标文件会变大；优点：少了调用的开销，提高了程序运行效率。指令影响的是可执行程序的大小。
2.inline只是一个建议，不同编译器关于inline实现机制可能不同。它适合函数规模小，并且不能递归，且频繁调用的函数。（一般10行以内的可以用内联函数，内联只是向编译器发出一种请求，编译器可以忽略这个请求，可能会被编译器当成函数处理）
3.内联函数不建议声明和定义分离，会产生链接错误（链接阶段，符号表里没有函数地址，链接找不到）。内联函数在调用的地方展开，不进入符号表，函数的地址是个跳转指令。

八、auto关键字（c++11）

程序越来越复杂，用到的类型也越来越复杂：
1.类型难于拼写。
2.含义不明确导致容易出错。
auto的实际价值就是简化代码，类型很长时，可以直接推导，用它比较方便。
案例：
使用typedef给类型取别名，可以简化代码，但是也会遇到新的问题
在这里插入图片描述
在编译的时候，常常需要把表达式的值赋给变量，函数声明变量的时候，要清除的知道表达式的类型，要做到这点非常不容易，所以c++给auto赋予了新的含义。

8.1 auto的使用

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。
C++11中，标准委员会赋予了auto全新的含义即: 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。
auto的使用：

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    int a = 2;
    auto p = a;//p是整型
    auto p1 = &a;//p1是指针类型
    auto* p2 = &a;//显示的指令必须是个指针
    auto& p3 = a;//显示的指令必须是引用
    //查看它们的类型
    cout << typeid(p).name() << endl;
    cout << typeid(p1).name() << endl;
    cout << typeid(p2).name() << endl;
    cout << typeid(p3).name() << endl;
    return 0;
}

在这里插入图片描述
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。

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，但是用auto声明引用类型时，必须加&
2.在同一行定义多个变量
在同一行声明多个变量，必须是相同类型，否则编译器会报错，因为编译器实际上只对第一个类型进行推导，然后用推导来的类型定义其它的变量。

8.2 auto不能用的场景

1.auto不能做函数的参数

auto不能作为形参类型，因为编译器无法对形参的实际参数进行推导

2.auto不能直接用来声明数组。
3.为了避免与c++98中的auto混淆，c++11只保留了auto作为类型指示符的用法。
4.auto常用的优势用法是与c++11提供的新式for循环，还有lambda表达式等进行配合使用。

九、基于范围的for循环（c++11）

c++11引入了基于范围的for循环。for循环后面的括号被冒号‘：’分成了两部分，左边部分是在范围内用于迭代的变量，右边部分是被迭代的范围。

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    //定义一个数组
    int arr[] = { 1,2,3,4,5,6 };
//让数组的值加2
    for (int& a : arr)
        a = a + 2;
    //遍历数组
    for (int a : arr)
        cout << a << " ";
    cout << endl;
    return 0;
}

在这里插入图片描述
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跳出整个循环。

9.1 范围for的使用条件

1.for循环迭代的范围必须明确

对于数组而言就是数组中的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。

2 .迭代的操作要实现++和==的操作。（还没学到这个知识点）

十、指针空值——nullptr（c++11）

良好的c++编程习惯中，声明一个变量最好给它一个初始值，否则容易出现不可预料的错误。
我们一般会给指针进行初始化：

int* p1= NULL;
int* p2=0；

NULL实际是一个宏，在c头文件（stddef.h）中：

#ifndef NULL
#ifdef __cplusplus
#define NULL 0
#else
#define NULL ((void *)0)
#endif
#endif

可以看到，NULL被定义成了字面常量0，或者被定义成了无类型指针（void*）的常量。

#include <iostream>
using namespace std;
void f(int)
{

    cout << "f(int)" << endl;
}
void f(int*)
{
    cout << "f(int*)" << endl;
}
int main()
{

    f(0);
    f(NULL);
    f((int*)NULL);
    f((int*)0);
    return 0;
}

在这里插入图片描述
解释：

程序本意是想通过f(NULL)调用指针版本的(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：
1.在使nullptr表示指针空值时，不需要包含头文件，因为nullptr是c++1作为新关键字引入的。
2.在c++中，sizeof(nullptr)和sizeof((void *)0)所占的字节数相同。
3.为了提高代码的实用性，后续表示指针空值时，最好使用nullptr。