【C++】1.C++入门（1）

文章目录

1.C++关键字
2.命名空间
- 2.1 命名空间定义
- 2.2 命名空间使用
3.C++输入&输出
4.缺省参数
- 4.1 缺省参数概念
- 4.2 缺省参数分类
5.函数重载
- 5.1 函数重载概念
- 5.2 C++支持函数重载的原理--名字修饰(name Mangling)

1.C++关键字

C++总计63个关键字，C语言32个关键字

2.命名空间

2.1 命名空间定义

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。

namespace只能定义在全局，当然他还可以嵌套定义。

namespace不能定义在main和局部函数里面。

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。

C++标准库都放在一个叫std(standard)的命名空间中。

// bit是命名空间的名字，一般开发中是用项目名字做命名空间名。
// 1. 正常的命名空间定义
//这里的rand本质上是全局变量，命名空间就是为了区分全局变量而诞生的
namespace bit
{
    // 命名空间中可以定义变量/函数/类型
    int rand = 10;
    int Add(int left, int right)
    {
        return left + right;
    }
    struct Node
    {
        struct Node* next;
        int val;
    };
}

//2. 命名空间可以嵌套
// test.cpp
namespace N1
{
    int a;
    int b;
    int Add(int left, int right)
    {
        return left + right;
    }
    namespace N2
    {
        int a;//这个a和N1里面的a不是一个a
        int c;
        int d;
        int Sub(int left, int right)
        {
            return left - right;
        }
    }
}

int main()
{
 	printf("%d\n", N1::a);//N1里面的a
    printf("%d\n", N1::N2::a);//N2里面的a
    printf("%d\n", N1::Add(1,2));//调用N1里面的Add函数
}

//3. 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。
// ps：一个工程中的test.h和上面test.cpp中两个N1会被合并成一个
// test.h
namespace N1
{
    int Mul(int left, int right)
    {
        return left * right;
    }
}

namespace N1
{
    int x = 0;
}

int main()
{
    printf("%d\n",N1::Mul);
    printf("%d\n",N1::x);
}

注意：一个命名空间就定义了一个新的作用域，命名空间中的所有内容都局限于该命名空间中

std是C++标准库中的命名空间

2.2 命名空间使用

看一下一组代码对比：

#include <stdio.h>

int rand = 0;

int main() {
	printf("%d\n", rand);

	return 0;
}

这样不会报错。

加上#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
// C语言没办法解决类似这样的命名冲突问题，所以C++提出了namespace来解决

int rand = 0;

int main() {
	printf("%d\n", rand);

	return 0;
}
// 编译后后报错：error C2365: “rand”: 重定义；以前的定义是“函数”

这样就会报错了。

因为<stdlib.h>里面有个生成随机数的rand函数，有命名冲突。

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。

命名冲突：

和库冲突
互相之间的冲突（公司项目组不同人命名的冲突）

namespace：命名空间

用来解决命名冲突。

域作用限定符：::

比如下面代码：

如果我想在main函数里面访问外面这个全局变量，怎么访问呢？

我们可以利用域作用限定符：::

::a就是去全局变量里面找a，也就是全局域找a

int a = 0;

int main() {
	int a = 1;
	//访问局部变量a
	printf("%d\n", a);
	//访问全局变量a
	printf("%d\n", ::a);
}

变量访问优先局部域，局部域没有就去全局域，如果不指定是不会去命名空间域搜索的。

//int a = 0;//全局域

//命名空间域
namespace YDK {
	int a = 1;
}

int main() {
	//int a = 2;//局部域
	printf("%d\n", a);

	return 0;
}

这里就会直接报错，不会去访问命名空间域。

注：上面的代码在两种情况下会去访问命名空间域

展开了命名空间域
指定访问命名空间域

展开了整个命名空间域：

//int a = 0;

namespace YDK {
	int a = 1;
}

using namespace YDK;//展开命名空间

int main() {
	//int a = 2;
	printf("%d\n", a);

	return 0;
}

打印：

int a = 0;

namespace YDK {
	int a = 1;
}

using namespace YDK;//展开命名空间，本质上是把命名空间域里面的东西放到全局域里去

int main() {
	//int a = 2;
	printf("%d\n", a);

	return 0;
}

会报错。

因为展开命名空间域，相当于把a放到全局域里面去了，而全局域里面本来就有个a，这就会导致命名冲突。

所以慎用using namespace

指定访问命名空间域：

这3个a都可以存在，因为他们在不同的域里面。

int a = 0;

namespace YDK {
	int a = 1;
}

void func(){
    int x = 2;//这个x只能在这个函数里面访问
}

int main() {
	int a = 2;
	printf("%d\n", a);
	printf("%d\n", ::a);//访问全局域里的变量a
	printf("%d\n", YDK::a);//访问命名空间域里的a

	return 0;
}

展开命名空间域单个指定变量：

#include <stdio.h>

namespace YDK
{
    int a = 0;
    int b = 1;
}

// using将命名空间中某个成员展开
using YDK::b;

int main()
{
    printf("%d\n", YDK::a);
    printf("%d\n", YDK::b);
    printf("%d\n", b);
    printf("%d\n", b);
    printf("%d\n", b);
    return 0; 
}

打印：

3.C++输入&输出

<iostream> 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，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，所以这里我们只能简单认识一下C++ IO流的用法，后面我们会有专门的一个章节来细节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<iostream>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>
// std是C++标准库的命名空间名，C++将标准库的定义实现都放到这个命名空间中

int main()
{
    std::cout<<"Hello world!!!"<<std::endl;
    return 0;
}

或者

#include <iostream>// std是C++标准库的命名空间名，C++将标准库的定义实现都放到这个命名空间中

//全部展开
using namespace std;//直接展开会有风险，我们的定义如果和库重名，就会报错。
//建议项目里面不要这么搞，平时练习可以这么玩。

int main()
{
    //cout相当于打印代码的黑色窗口，cout比printf牛逼在可以自动识别类型
    //不过printf速度比cout快，因为C++兼容C语言，所以运行的前面会先检查C语言那部分代码，检查好了才是C++的代码
    //<<是流插入操作符
    //cin相当于scanf,可以自动识别类型。
    //>>是流提取操作符
    //cout<<"Hello world!!!"相当于把Hello world!!!这个字符串，流向了程序运行的窗口，就相当于打印出来了
    cout<<"Hello world!!!"<<endl;
    //也可以
    cout<<"Hello world"<<"!!!"<<endl;
    //endl相当于\n，具有换行作用
    return 0;
}

#include <iostream>
#include <stdio.h>

int main() {
	// <<：流插入
	std::cout << "Hello world!!!\n";

	int i = 10;
	std::cout << i << '\n' << "\n";

	double d = 1.1;
	std::cout << d << std::endl;

	// >>：流提取
	std::cin >> i >> d;
	std::cout << i << " " << d << std::endl;
    
    //C语言在C++文件里面可以随意混用，但是要记得加上对应的头文件
    //有的时候没有写#include <stdio.h>，但是printf和scanf都可以使用，这有可能是#include <iostream>里面间接包含了#include <stdio.h>
    //这个可能取决于编译器的不同
    scanf("%d%lf", &i, &d);
	printf("%d %lf\n", i, d);//如果想控制小数位数，我们可以直接用printf，因为std::count要实现控制小数位数会比较麻烦

	return 0;
}

打印：

Hello world!!!
10

1.1
1 2.2//输入
1 2.2
1 2.2//输入
1 2.200000

当然，我们也可以这样：

//指定展开
//常用的可以展开，不常用的直接用::访问
using std::cout;
using std::endl;

int main()
{
    cout << "Hello world!!!" << endl;
    cout << "Hello world!!!" << endl;
    cout << "Hello world!!!" << endl;
    cout << "Hello world!!!" << endl;
    cout << "Hello world!!!" << endl;
    cout << "Hello world!!!" << endl;
    return 0;
}

我们不释放std，只释放std里面我们要用到的部分。

说明：

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。
cout和cin是全局的流对象，endl是特殊的C++符号，表示换行输出，他们都包含在包含< iostream >头文件中。
<<是流插入运算符，>>是流提取运算符。
使用C++输入输出更方便，不需要像printf/scanf输入输出时那样，需要手动控制格式。C++的输入输出可以自动识别变量类型。
实际上cout和cin分别是ostream和istream类型的对象，>>和<<也涉及运算符重载等知识，这些知识我们我们后续才会学习，所以我们这里只是简单学习他们的使用。后面我们还有有一个章节更深入的学习IO流用法及原理。

注意：早期标准库将所有功能在全局域中实现，声明在.h后缀的头文件中，使用时只需包含对应头文件即可，后来将其实现在std命名空间下，为了和C头文件区分，也为了正确使用命名空间，规定C++头文件不带.h；旧编译器(vc 6.0)中还支持<iostream.h>格式，后续编译器已不支持，因此推荐使用<iostream>+std的方式。

如何提高C++IO效率

#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
    
    //关闭C++和C语言的兼容
    ios_base::sync_with_stdio(false);
    //不再和其他的流绑定
    cin.tie(nullptr);
    cout.tie(nullptr);
    return 0;
}

4.缺省参数

4.1 缺省参数概念

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。

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;
}

注意：

声明和定义不能都缺省！

缺省声明给，定义不给。

4.2 缺省参数分类

全缺省参数：

void Func(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
 {
     cout<<"a = "<<a<<endl;
     cout<<"b = "<<b<<endl;
     cout<<"c = "<<c<<endl;
 }

半缺省参数：

 void Func(int a, int b = 10, int c = 20)
 {
     cout<<"a = "<<a<<endl;
     cout<<"b = "<<b<<endl;
     cout<<"c = "<<c<<endl;
 }

#include <iostream>

using namespace std;

void Func(int a = 0) {
	cout << a << endl;
}

int main() {
	Func();//没有传参数的时候，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;
// 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
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()
{
	Func1();//a=10,b=20,c=30
	Func1(1);//a=1,b=20,c=30
	Func1(1, 2);//a=1,b=2,c=30
	Func1(1, 2, 3); //a = 1, b = 2, c = 3
    //Func1(,2,3);//这是错的，不能跳跃传参

	Func2(100);//a=100,b=10,c=20
	Func2(100, 200);//a=100,b=200,c=20
	Func2(100, 200, 300);//a=100,b=200,c=300

	return 0;
}

Stack.h

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>

namespace bit
{
	typedef int STDataType;
	typedef struct Stack
	{
		STDataType* a;
		int top;
		int capacity;
	}ST;

    //注意规定: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。
    //也就是说，在这里写了void STInit(ST* ps, int n = 4);那么就不可以把
    //Stack.cpp里面的void STInit(ST* ps, int n);也改成void STInit(ST* ps, int n = 4);不然会报错
    //而且也不能在Stack.cpp里面的定义里面给
	void STInit(ST* ps, int n);
	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);
}

Stack.cpp

#include <Stack.h>

namespace bit
{
	void STInit(ST* ps, int n)
	{
		assert(ps);
		ps->a = (STDataType*)malloc(n * sizeof(STDataType));
		ps->top = 0;
		ps->capacity = n;
	}

	// ջ
	void STPush(ST* ps, STDataType x)
	{
		assert(ps);

		// ˣ 
		if (ps->top == ps->capacity)
		{
			int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity* 2;
			printf(":%d\n", newcapacity);

			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++;
	}
}

test.cpp

#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>

namespace bit
{
	typedef int STDataType;
	typedef struct Stack
	{
		STDataType* a;
		int top;
		int capacity;
	}ST;

	void STInit(ST* ps, int n);
	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);
}

int main()
{
	bit::ST st;
    
    //关于bit::STInit()函数有几种写法
    //1.bit::STInit(&st, 4);此时上面是void STInit(ST* ps, int n);
	//2.bit::STInit(&st);//这里少了一个参数，那么我们如果不想传这个参数怎么办呢?
    //我们可以不改变这个地方，直接在stack.h文件里把void STInit(ST* ps, int n);改成void STInit(ST* ps, int n = 4);
    //不过这么写会有问题。因为插入数据会不断扩容，扩容有代价。
	
	//3.下面的方法避免了扩容
	for (size_t i = 0; i < 100; i++)
	{
		bit::STPush(&st, i);//这里给的实参i就和缺省参数没什么关系
	}

	return 0;
}

注意：

半缺省参数必须从右往左依次来给出，不能间隔着给
缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现
缺省值必须是常量或者全局变量
C语言不支持（编译器不支持）

//a.h
void Func(int a = 10);

// a.cpp
void Func(int a = 20)
{

}

// 注意：如果生命与定义位置同时出现，恰巧两个位置提供的值不同，那编译器就无法确定到底该用那个缺省值。

5.函数重载

自然语言中，一个词可以有多重含义，人们可以通过上下文来判断该词真实的含义，即该词被重载了。

类似于：意思意思，你什么意思？这里面的意思虽然字一样，但是意思不一样。

5.1 函数重载概念

函数重载：是函数的一种特殊情况，C++允许在同一作用域中声明几个功能类似的同名函数，这些同名函数的形参列表(参数个数或类型或类型顺序)不同，常用来处理实现功能类似数据类型不同的问题。这样C++函数调用就表现出了多态行为，使用更灵活。C语言是不支持同一作用域中出现同名函数的。

函数重载：

参数类型不同
参数个数不同
参数类型顺序不同（如果单纯变量名字的顺序不同，不是重载）

补充：返回值没有要求。

也就是说如果只有函数返回值不同，其余相同的话是不构成重载的。

#include<iostream>
using namespace std;

// 1、参数类型不同
int Add(int left, int right)
{
    cout << "int Add(int left, int right)" << endl;
    return left + right;
}
double Add(double left, double right)
{
    cout << "double Add(double left, double right)" << endl;
    return left + right;
}

// 2、参数个数不同
void f()
{
    cout << "f()" << endl;
}
void f(int a)
{
    cout << "f(int a)" << endl;
}

// 3、参数类型顺序不同
void f(int a, char b)
{
    cout << "f(int a,char b)" << endl;x
}
//🌟void f(int a, char b)和void f(int b, char a)就不是重载，因为他们本质上只是参数名字不一样
//如果void f(int a, char b)和void f(int b, char a)同时被启用的话，就会报错，因为程序无法识别这两个函数
//void f(int b, char a) {
//    cout << "f(int b,char a)" << endl;
//}

void f(char b, int a)
{
    cout << "f(char b, int a)" << endl;
}

int main()
{
    // 1、参数类型不同
    Add(10, 20);//int Add(int left, int right)
    Add(10.1, 20.2);//double Add(double left, double right)
    
    // 2、参数个数不同
    f();//void f()没有参数
    f(10);//void f(int a)有一个参数
    f(10, 'a');//void f(int a, char b)
    f('a', 10);//void f(char b, int a)
    return 0;
}

// 返回值不同不能作为重载条件，因为调用时也无法区分
//void fxx()
//{}
//
//int fxx()
//{
// return 0;
//}

// 下面两个函数构成重载
// f()但是调用时，会报错，存在歧义，编译器不知道调用谁
void f1()
{
    cout << "f()" << endl;
}
void f1(int a = 10)
{
    cout << "f(int a)" << endl;
}

int main()
{
    f1();//报错
    f1(1);//不报错
    return 0;
}

5.2 C++支持函数重载的原理–名字修饰(name Mangling)

为什么C++支持函数重载，而C语言不支持函数重载呢？

在C/C++中，一个程序要运行起来，需要经历以下几个阶段：预处理、编译、汇编、链接。

实际项目通常是由多个头文件和多个源文件构成，而通过C语言阶段学习的编译链接，我们可以知道，【当前a.cpp中调用了b.cpp中定义的Add函数时】，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？

所以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。

那么链接时，面对Add函数，链接接器会使用哪个名字去找呢？

可以使用Linux编译器来查看。因为Windows下vs的修饰规则过于复杂，而Linux下g++的修饰规则简单易懂。但本质上都是一样的。

gcc的函数修饰后名字不变。而g++的函数修饰后变成【_Z+函数长度+函数名+类型首字母】

在Linux下，采用gcc编译完成后，函数名字的修饰没有发生改变。

在Linux下，采用g++编译完成后，函数名字的修饰发生改变，编译器将函数参数类型信息添加到修改后的名字中。

通过这里就理解了C语言没办法支持重载，因为同名函数没办法区分。而C++是通过函数修饰规则来区分，只要参数不同，修饰出来的名字就不一样，就支持了重载。

如果两个函数函数名和参数是一样的，返回值不同是不构成重载的，因为调用时编译器没办法区分。

简单来说，就是：

C语言是直接找函数名字的，所以遇到重载函数，他不知道该调用哪一个，所以就错了。

C++链接的时，名字会变得不一样，会有微小的差别，所以C++程序可以知道应该调用哪一个。

那么，如果我们更改了函数的命名规则，那么我们是否可以使用下面这个原本不可以使用的代码呢?
int Func();
double Func();

int main(){
     Func();
     return 0;
}
答案是：不可以！

为啥？

因为这里的int和double影响的是函数的返回类型，我们调用函数并没有说指定返回值，所以仍然存在调用歧义，除法我们改语法，让我们可以指定这个函数的返回值，那么或许这个代码就可以用了。