C++学习指南（一）—

欢迎来到繁星的CSDN，本期内容主要包括C++第一个程序，命名空间，缺省参数，函数重载，引用、inline以及nullptr这些基础概念。

在进入正题之前，我需要先阐述一下。本系列涉及的内容为C++部分，可以理解为C语言的延拓，但实际上和C语言还是大有差别。我会尽量把其中与C语言的差别都写出来，如有错误，请指正！

零、C++推荐书籍

C++Primer作为语法字典，前期自学可能有些困难，但是当作字典来看是再合适不过。

STL作为学习C++过程中一个必不可少的部分，学习其源码可以帮助学习代码。

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一、C++第一个程序

就如我们在C语言里写的Hello World一样，我们在C++的第一个程序也是Hello World。但是值得注意的事有几个：

1、头文件不一样，C语言里是<stdio.h>而C++里是<iostream>，部分编译器支持在C++文件里加载<stdio.h>这一头文件，部分老版编译器会报错（比如学校里的VS2010）。

2、using namespace std这一行代码在本篇后面的命名空间处会讲到。

3、cout是C++里独特的输出方式，类似于C语言的printf，但区别是不再需要用占位符，而且输出的时候可以自由输出（自定义类型不可以！需要进行运算符重载后才能按要求输出)

4、endl目前可以理解为\n换行符，但比\n有更多功能！后续有更多基础知识后再细讲~

5、<<和>>在C++里不再被用作左移和右移。

短短几行代码就出现了好多新的知识点，不急，慢慢来。

二、命名空间namespace

命名空间的意义

在C语言里，我们经常遇到一件事，如果不巧自己独特的命名和C语言库里某个未知函数名字一样，那这个时候编译器会直接报错。

不难看到下面报错的第一行，假设我不知道rand已经是一个函数了，而定义了一个rand，就会出现一个重定义的情况。

而这，就是命名空间的意义了。

用namespace这一关键字定义test后，在后续的使用中用“：：”两个冒号来表示是这一空间的变量，便可以让编译器知道，这个rand是test这个空间的rand，而不是std空间的rand，将变量和函数成功地分离。

using的含义

那么using namespace std;的using是什么意思呢？

using在这里是展开命名空间的意思，换句话说，如果展开了namespace test，就不需要再用两个冒号来表示这个是test空间的变量。

而std和我们在C语言里认识到的stdio.h的std相差不大，是C++标准库的命名空间。

但是很抱歉的是，一旦展开test空间，就相当于公开了test里的所有命名，rand原本是函数，现在又多了一个变量的含义，所以编译器会报错，说不明确。

所以平时不建议展开namespace，当然，在练习时为了方便，往往会选择展开。

namespace的用途

1、除了可以定义变量，namespace里还可以储存各种如函数、结构体等等。同样是为了避免多次定义的歧义。

2、命名空间是可以嵌套的。需要访问某个命名空间中的函数时，也就一层层双冒号访问进去即可。

using namespace的建议

不建议全部展开（包括std这一命名空间），但是某个项目里一直访问且不冲突的成员，可以展开。

推荐是经常去访问指定命名空间，所以手不要懒~

三、C++输入与输出

刚刚大家也看见了，C++的输入与输出和C语言很不一样。

iostream这一头文件是Input Output Stream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类对象，主要面向窄字符的标准输入流。

std::cout是ostream类对象，主要面向窄字符的标准输出流。

std::endl是一个函数，流插入输出的时候，相当于一个\n加刷新缓冲区。

<<流插入运算符，>>流提取运算符。

cout/cin/endl都属于C++标准库，所以展开std后我们可以直接使用，否则同样要以命名空间的访问规则来访问。

第一个5是输入的，第二个5是输出的。

在io需求高的地方，可以加入以下代码，使得效率变高。（如codeforeces等各类算法竞赛）

    ios_base::sync_with_stdio(false);
    cin.tie(nullptr);
    cout.tie(nullptr);

四、缺省参数

缺省参数这一概念在声明和定义函数的时候出现。

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，如果没有实参则采用该形参的缺省值（默认值），否则使用指定实参，缺省参数分为全缺省和半缺省。

缺省参数可以在任何一个位置的函数出现。

如图所示，add函数是全缺省参数，如果正常传参，便是正常结果，一旦缺少参数，未填入的参数就会按照默认值输入。

除此之外，缺省参数还有以下规则：

1、半缺省必须从右到左依次缺省，不可以间断缺省。

2、调用有半缺省参数的函数时，从左到右依次给实参，不可以跳跃给实参。

3、有缺省参数的函数声明和定义分离时，缺省参数不能在声明和定义中同时出现，而是要在声明的时候给缺省参数值。

五、函数重载

前面提到的命名空间中，不同命名空间中的变量可以同名。

而函数重载就是为了使得函数可以同名，即使这些同名函数发挥着不同的作用。

void ADD(int x = 0, int y = 0) {
	cout << x + y << endl;
}
void ADD(float x = 0, float y = 0) {
	cout << x + y << endl;
}
void ADD(double x=0 , double y=0) {
	cout<<x + y<<endl;
}

这三个函数都代表了加法，缺省参数也相同，但是参数的类型不同，这三个函数构成了函数重载，并且实现了不同的功能（尽管C++已经帮我们实现了上述三个操作）。

函数重载需要符合以下三个规则其中之一：

1、参数类型不同。

2、参数个数不同。

3、参数类型顺序不同。

以上三个规则都是为了区分这些重载过的函数才制定下的规则。

注意：函数返回值类型不同，并不构成函数重载，编译器会报错。

有一种情况构成函数重载，但是同样会报错。

观察以下代码：

int f(){
    return 10;
}
int f(int x=10){
    return x+1;
}

在调用f函数的时候，如果传参，此时不会报错。

但如果没有传参，此时编译器会报错，因为在没有传参的情况下，两个函数没有区别。所以务必要警惕这种情况的发生。

函数重载的意义

降低自己记忆的成本，增加灵活性。如在程序多处需要使用同一功能，但是由于自定义类型（如结构体）的不同，无法通过统一函数来解决，这个时候多书写几个同名的重载函数，就可以频繁多次使用了，程序会根据参数的不同，来分别调用不同的函数。

六、引用

引用有点像我们在C语言里学的指针，但是能使用引用的情况往往比指针更方便。不过，引用是无法替代指针的，两者相辅相成，谁在实现功能的前提下，更有效率，更能节省空间，就用谁。

那么引用该怎么用呢？上代码：

#include <iostream>
using namespace std;

int main(){
    int a = 0;
    //这里引用a，相当于给a取了个别名b。
    int& b = a;
    //可以多次引用同一变量，相当于一个人绰号可以有很多
    int& c = a;
    //还可以给别名取别名
    int& d = b;
  
    return 0;
}

当更改a、b、c、d中的任何一个的时候，他们都会变。

当取地址的时候，可以发现abcd都是同一个地址。

引用的特点

1、引用在定义的时候必须初始化（绰号必须对应到人身上，否则没有意义）

2、一个变量可以有多个引用。

3、C++中每个引用的别名，不能更改实体（一个人的绰号不能被换到其他人身上）。

引用的使用

void swap(int*a,int*b){
    int tmp=*a;
    *a=*b;
    *b=*a;
}

void swap(int&a,int&b){
    int tmp=a;
    a=b;
    b=tmp;
}

在引用传参和指针传参都能达到目的的前提下，引用传参往往更简单，我们不需要再考虑是要传一级指针还是二级指针，而是直接引用传参即可。

const引用

就像我们在C语言里经常讨论const和指针的位置关系一样，引用&也需要讨论const。

int main(){
    const int a = 10;
    //对值使用const引用的时候，权限只能缩小或不变，而不能扩大
    const int&b = a;
    int&c=a;
    //由于a是const修饰的，所以别名b也应该用const修饰，此时权限相同，但不能像别名c一样不用const修饰，这属于权限放大。

    int d=10;
    const int& e=d;
    int&f =d;
    //此时e和f的引用都是正确的，e权限缩小，f权限不变，只是不能通过e来改d，但在const引用这一层面上，两者都没有问题。

但是值得注意的还有以下情况：

    int a=10;
    //以下情况不被允许
    int&b=10;//对常量使用引用初始化
    
    int&c=a*3;//对表达式使用引用初始化

    double&d=a;//类型转换时使用引用初始化

第一种情况的原因是，常量的引用必须也是常量，所以在int前加const即可。

第二种和第三种情况的原因是，等号右侧都产生了临时对象（即需要计算的表达式），临时对象具有常性（在这两种情况下等同于常量），所以解决方法同样是在int和double前加上const。

指针和引用的关系

就如前面提到的，指针和引用相辅相成，更像是兄弟的关系，在C++多处都能看到指针和引用的身影。

1、语法概念上引用是⼀个变量的取别名不开空间，指针是存储一个变量地址，要开空间。

2、引用在定义时必须初始化，指针建议初始化，但是语法上不是必须的。

3、引用在初始化时引用一个对象后，就不能再引用其他对象；而指针可以在不断地改变指向对象。

4、引用可以直接访问指向对象，指针需要解引用才是访问指向对象。

5、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，64位下是8byte)

6、指针很容易出现空指针和野指针的问题，引用很少出现，引用使用起来相对更安全⼀些。

七、inline内联函数

C++中inline内联函数被设计用于替换C语言中的宏函数。原因是宏函数的直接展开令人烦躁，时常因为少了括号导致宏函数的语义完全错误。

实际上，inline内联函数和宏函数的意义完全相同，都是为了增加频繁调用的函数的效率（因为直接展开了）。

只需要在函数的返回值类型前加入一个inline，该函数就变成一个内联函数了。

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

inline对于编译器而言是⼀个建议，也就是说，你加了inline编译器也可以选择在调用的地方不展开，不同编译器关于inline什么情况展开各不相同，因为C++标准没有规定这个。inline适用于频繁调用的短小函数，对于递归函数，代码相对多一些的函数，加上inline也会被编译器忽略。

inline不建议声明和定义分离到两个文件，分离会导致链接错误。因为inline被展开，就没有函数地址，链接时会出现报错。

八、nullptr

在C语言里，NULL被用作空指针，而在C++中，nullptr被用于替换NULL。

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

原因在于C++中NULL被定义为0，而C中NULL被定义为((void*)0)。

这在C语言里不会出错，原因在于没有函数重载这一功能。

但在C++中，无论采用哪个定义都会出现问题。

void test(int*a);
void test(int a);

当输入NULL的时候，编译器可能会进入到错误的函数中。

(test(NULL)，由于NULL被展开为0，所以会错误地调用下面的test)

于是C++11引入了nullptr来替代常用的NULL，其中nullptr只可以转换为任意其他类型的指针类型，但不再能隐式地转换为整型类型。

本篇内容到此结束，谢谢大家的观看！

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我们下期再见~

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