【C++】C++入门知识（上）

好久不见，本篇介绍一些C++的基础，没有特别的主题，话不多说，直接开始。

1.C++的第一个程序

C++中需要把定义文件代码后缀改为 .cpp

我们在 test.cpp 中来看下面程序

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

相信大家再熟悉不过了，这是一个C语言的简单代码，我们运行代码发现也没问题

这是因为C++兼容C语言绝大多数的语法，所以C语言实现的hello world依旧可以运行，当然，C++也有自己的一套输入输出，严格来说C++版本的hello world应该像下面这样写

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
	cout << "hello world" << endl;
	return 0;
}

啊？namespace std是什么啊？cout啥意思啊？<< 这又是啥？......

相信大家初次看到C++的代码一定会有这些疑惑，不着急，我们一个一个来简单看看。

2.命名空间namespace

2.1 namespace的价值

namespace是我们接触的C++的第一个关键字。

我们先看下面的程序，从程序现象分析namespace的价值

#include <stdio.h>
int rand = 10;
int main()
{
	printf("%d\n", rand);
	return 0;
}

此时，上面的程序可以正常运行，不会报错

但是我们如果加上#include <stdlib.h>呢？

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int rand = 10;
int main()
{
	printf("%d\n", rand);
	return 0;
}

程序就会报下面的错误，说rand重定义了

多加了个头文件程序为什么会重定义呢？

在C语言中有个东西叫命名冲突，在同一域内，不能定义同名的东西。没有包含 <stdlib.h> 时,全局只有一个rand变量，此时没有冲突，程序正常运行，但是，包含 <stdlib.h> 这个头文件后就有问题了，是因为rand是C语言库里的函数，头文件stdlib.h包含这个库函数，所以变量rand和库函数rand两个名字就冲突了

为了解决C语言中命名冲突的问题，C++设计了namespace，命名空间

2.2 namespace的定义

定义命名空间，需要使用namespace关键字，后面跟命名空间的名字，然后接一对{}，{}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。

2.2.1 namespace定义变量

以上面的rand为例，定义一个命名空间，命名空间的名字随便起嗷

namespace lyj
{
	int rand = 10;
}

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
namespace lyj
{
	int rand = 10;
}
int main()
{
	printf("%d\n", rand);
	return 0;
}

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

此时再看我们的程序，运行没有报错，变量rand和函数rand已经不在同一个域内了，就不会冲突

虽然程序没有报错，但是报了如下警告

报警告是因为此时这里的rand访问的是全局的函数，并不是命名空间里的变量rand，解除警告可以把%d改成%p，就是打印函数rand的地址。

那我们要访问namespace里的rand怎么访问？

2.2.2 域作用限定符::

我们要知道一个运算符 :: 两个冒号，叫做域作用限定符，先看下面的代码

#include <stdio.h>
int a = 20;
int main()
{
	int a = 10;
	printf("%d\n", a);
	return 0;
}

根据局部优先的规则，我们打印出来的应该是10，而不是20

我们用了::这个运算符后，并且::的左边什么也不给（左边留空格只是为了格式好看），就默认去全局查找，如下

	printf("%d\n", ::a);

那么打印出来的就是20

理解了之后我们回过头来看上面的rand，想要在命名空间查找，::左边就是命名空间的名字，如下

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
namespace lyj
{
	int rand = 10;
}
int main()
{
	printf("%d\n", lyj::rand);
	return 0;
}

此时就能解决名字冲突的问题，想访问哪个域就访问哪个域

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，所以有了隔离，名字冲突就解决了。局部域和全局域除了会影响编译查找的逻辑，还会影响变量的生命周期，命名空间域和类域不影响变量的生命周期

2.2.3 namespace定义函数和类型

这里简单举几个例子，比如下面的命名空间，定义了一个简单的函数和结构体

namespace lyj
{
	int add(int a, int b)
	{
		return a + b;
	}
	struct node
	{
		struct node* next;
		int val;
	};
}

函数直接指定就行了

int main()
{
	printf("%d\n", lyj::add(1, 1));
	return 0;
}

要定义结构体的话就稍微不同一些，命名空间的名字放在struct的后面，结构体名字的前面

int main()
{
	struct lyj::node p1;

	return 0;
}

2.2.4 namespace的嵌套定义和合并

namespace只能定义在全局，当然它还可以嵌套定义

namespace group
{
	namespace zhangsan
	{
		int num = 1;
		int add(int a, int b)
		{
			return a + b;
		}
	}
	
	namespace lisi
	{
		int num = 2;
	    struct node
		{
			struct node* next;
			int val;
		};
	}
}

比如上面这个例子，就是namespace的嵌套定义。如果我们要分别打印group下面张三的num和李四的num，像下面这样就行了

    printf("%d\n", group::zhangsan::num);
	printf("%d\n", group::lisi::num);

如果代码复杂一点，有几个头文件和源文件，那此时怎么运用命名空间呢？

其实，不同文件的命名空间，名字相同会自动合并。当然，这个合并并不是真的合并在一起，只是逻辑上的合并，名字相同的namespace会认为是一个namespace。举个简单例子

在Func.h文件中有下面的函数声明

namespace func1
{
	int Add(int a, int b);
	int Sub(int a, int b);
}

namespace func2
{
	int Mul(int a, int b);
	float Div(int a, int b);
}

在Func.cpp文件中有下面的函数

#include "Func.h"
namespace func1
{
	int Add(int a, int b)
	{
		return a + b;
	}

	int Sub(int a, int b)
	{
		return a - b;
	}
}
namespace func2
{
	int Mul(int a, int b)
	{
		return a * b;
	}
	float Div(int a, int b)
	{
		return (float)a / b;
	}
}

虽然他们不在同一个文件，但是namespace func1中的内容和namespace func2中的内容都会被分别合并

2.3 C++中 std命名空间

2.3.1 关键字using

我们看下面的例子

namespace lyj
{
	int a = 1;
	int b = 2;
}

想要打印namespace里的a和b，就要像下面这样用::去一个个指定

    printf("%d\n", lyj::a);
    printf("%d\ ", lyj::b);

如果namespace里我们需要用的东西很多，像这样一个个指定真的太麻烦了，那么直接把整个namespace展开可以吗？可以。展开namespace就要用到关键字using。

    using namespace lyj;

加上这句话之后，就可以直接使用namespace里的东西

namespace lyj
{
	int a = 1;
	int b = 2;
}
using namespace lyj;
int main()
{
	printf("%d\n", a);
	printf("%d\n", b);
	return 0;
}

但是，展开命名空间中所有成员，在实战项目中不推荐，冲突风险很大

假设我在程序中用a用的非常多，不推荐展开全部，一次次展开又太麻烦了，怎么办？

using还可以局部展开。比如说我就展开a。

    using lyj::a;

使用时，a就不需要用::去指定，可以直接使用，b没展开就要用::指定

2.3.2 std命名空间

C++标准库都放在一个叫std（standard）的命名空间中。

using namespace std;

这句话就是把C++标准库都展开。在日常练习中可以展开，不会有什么风险。

3.C++的输入和输出

<iostream>是 Input Output Stream 的缩写，是标准输入、输出流的库，定义了标准的输入、输出对象。

C++的输入输出需要包含这个头文件，就相当于C语言中使用printf我们需要包含<stdio.h>这个头文件。那为什么iostream没有加.h呢？C++标准库版本问题，新版本是不需要加.h的，如果加了.h，证明那个编译器应该是特别老的编译器（比如vc6.0）。

std::cin 是istream类的对象，它主要面向窄字符（narrow characters (of type char)）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（endl是endline的缩写），流插入输出时，相当于插入一个换行字符加刷新缓冲区（目前简单理解为换行符，其实这个函数很复杂）。

这里cin、cout中的c就是窄字符的意思，后面会学宽字符，目前我们遇到的都是窄字符。

当我们在程序中展开了std，也就是using namespace std; 使用cin, cout, endl时就不需要加std::了，不过展开了std又加上了std:: 程序也不会报错，但有点多此一举了。

<<是流插入运算符，>>是流提取运算符。

C语言中用 << 和 >> 作为位运算符，<<是左移运算符，>>是右移运算符。

<<和>>是二元操作符，只能有两个操作数！

到现在，我们可以简单抽象地理解下面这句话了，就是把hello world 和endl 流向cout，而cout就是插入到终端或者控制台，其中endl简单来说就是换行符。

	cout << "hello world" << endl;

C++输入、输出可以自动识别变量的类型

C语言中的printf和scanf需要手动指定格式，比如输入一个int a ,输出一个float b = 3.14

	int a;
	float b = 3.14;
	scanf("%d", &a);
	printf("%f", b);

而C++中就不需要指定格式，比如下面的cout输出

    int a = 1;
    float b = 3.14;
    char c = 'x';
    cout << a << " " << b << " " << c << endl;

再来看看cin输入，也是不需要指定类型的

	int y, z;
	cin >> y;
	cin >> z;
	cout << y << endl << z << '\n';

也可以cin >> y >> z;

类型不同也可以。

还有一点，

在C语言中想要确定小数点的精度，像下面这样就行，

	double d = 2.22222222;
	printf("%.2lf\n", d);

在C++中小数精度是默认小数点后5位，

在C++中可以控制小数点精度吗？可以但是比较复杂。所以我们需要在C++中确定精度的话直接用C语言的printf就行了，反正C++兼容C语言。

由于兼容和缓冲区等复杂原因，C++的cin和cout的IO效率有时候比较低，可以与scanf和printf混着用，在io需求比较高的地方，比如大量输入输出竞赛中，也可以加上下面的三句代码，提高C++IO效率。

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

本小篇就到这里，拜拜~