C++之从C过渡（上）

C++之从C过渡

在这里插入图片描述

前言

暂时告别C语言，我们走进C++。对于有C语言基础，初学C++的我们来说，在正式学习C++的主体内容之前，我们需要先有一个过渡，本文中会总结过渡需要了解的零散知识，主要是语法。

正文

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;
}

然而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等看不懂，下面会依次讲解 
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	cout << "hello world\n" << endl;
 
	return 0;
}

命名空间

这个东西的出现是为了解决C语言中的一些问题。比如：

在这里插入图片描述

这是一段C语言代码，问题出在我们包含的stdlib.h这个头文件，我们知道头文件在预处理阶段会展开，也就是会将头文件拷贝过来，而在stdlib.h里有rand函数的定义，所以就与我们定义的变量命名冲突了。

也有可能是我们在与其他人协作时，代码合并后出现了很多冲突。可以说冲突就是C语言的一大问题。

所以我们在C++中有命名空间。

namespace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，还会影响变量的生命周期，命名空间域和类域不影响变量生命周期。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

//域
namespace oct
{
	//命名空间中可以定义变量、函数和类型
	int rand = 10;
}//注意这里是没有分号的

int main()
{
	//编译报错：重定义
	printf("%d\n", rand);//此时rand已经被封起来了，这里的rand访问的是函数rand
    //这里如果真的想打印rand，改为%p更好
	return 0;
}

可以看出上面namespace定义中所说的，这个域跟全局域各自独立。

就近原则

int a = 0;
int main()
{
	int a = 1;
	printf("%d\n", a);

	return 0;
}

在这段代码中，全局和局部都有个a，那么我们打印时访问的是哪个a呢？答案是局部的，这是由于就近原则：先在局部找再去全局找。

那如果我们现在就想要访问全局的这个a，该怎么办呢？

这时候我们就需要用到**“域作用限定符”**，也就是两个冒号。

在这里插入图片描述

冒号左边不给东西，就默认去全局域查找了。

那现在我们想要访问namespace里的变量，怎么做呢？

在域作用限定符左侧给上命名空间的名字，也就是告诉编译器直接去这个命名空间中查找。

查找不是运行时而是编译时，原则上C/C++编译的时候，用一个函数或者变量都得找到它的声明或者定义。
关于生命周期，namespace不影响生命周期，namespace中定义的变量也是全局变量。只不过是访问时只有指定才能找到的全局变量。
我们不能在局部定义域（在main里面写namespace）。

在命名空间中定义函数和结构

namespace oct
{
	//命名空间中可以定义变量、函数和类型
	int rand = 10;

	int Add(int left, int right)
	{
		return left + right;
	}

	struct Node
	{
		struct Node* next;
		int val;
	};
}

注意，在命名空间中定义结构，我们要访问时的使用方式是这样的：

struct oct::Node p1;

namespace的定义

namespace的前三条定义我们就看完了，现在再看三个定义：

namespace只能定义在全局，当然他还可以嵌套定义。
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。

命名空间的嵌套定义

在一个公司中我们可能有多个项目组，不同组用不同的命名空间，就不会冲突了。但是对于在同一个项目组的不同人来说，各自在各自的电脑上写，然后要合代码，比如用git提交代码，合起来可能就冲突了。也就是说在一个命名空间内部的冲突。

namespace oct
{
	namespace october
	{
		int rand = 1;
		int Add(int left, int right)
		{
			return left + right;
		}
	}

	namespace octopus
	{
		int rand = 2;
		int Add(int left, int right)
		{
			return (left + right)*10;
		}
	}
}

当然还可以再往下嵌套。

那么嵌套的命名空间里的成员如何访问？

多文件同名namespace不会冲突

同一个命名空间我们可以在同一个文件中定义多份，也可以在多个文件中定义多份。

比如我们现在有栈、队列、链表的文件，将它们都封装在namespace oct中，逻辑上会将它们合并，而不是冲突。否则我们一个文件一个命名空间，得定义很多的命名空间，显然不合适。

比如我们现在在全局定义一个静态的栈，再在命名空间定义动态的栈，在使用时我们就可以通过域的隔离分别使用，不会冲突。

C++标准库都放在⼀个叫std(standard)的命名空间中

标准库也怕和别人冲突。

C++标准库也有很多个各自的文件，都用namespace std合并封起来。

命名空间的使用

命名空间的使用有三种方式。

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。

上面我们使用的方式是指定命名空间访问。

而每次都指定命名空间还是挺麻烦的。

全展开

现在可以看到，我们就可以不用指定，直接使用命名空间里的a和b了。而这种写法是命名空间全展开。

但是展开整个命名空间的风险是很大的。只适合我们平时写日常小练习程序。

某个成员展开

所以我们还有一种折中的方式：把命名空间中的某个成员展开。

假如我们要频繁使用a，且a不存在冲突风险：

所以一般在项目中我们选择将前两种方法结合使用。

注意，在展开头文件和展开命名空间中都提到“展开”，但二者并非同一个意思。展开头文件指的是将这个头文件内容拷贝过来。而展开命名空间相当于我们将用于隔离的墙拆除了。

C++输⼊&输出

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。

只有内存里才有整型、浮点型这样的概念，在其他的地方比如文件、网络都是字符流的概念。

整型有原码、反码、补码，浮点数也有自己的存储规则，这都是内存里的存储。内存中有这样的概念是为了方便运算。

不管我们用cout还是printf，整型其实都是转换成字符。比如1234被转换为4个字符然后再输出。-1234被转换成5个字符再输出。任何类型都要转换为字符再输出到控制台。

<<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）

#include<iostream>
using namespace std;//一般选择展开，更方便

int main()
{
	int i = 1234;
	int j = -1234;
	cout << i << endl;

}

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。

我们的插入可以一次写很多个连一起。

#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	int a = 0;
	double b = 0.1;
	char c = 'x';

	cout << a << " " << b << " " << c << endl;

	return 0;
}

还可以这样写：

cout << a << " " << b << " " << c << "\n";

在C++中用"\n"也可以换行。

而这样写就不行：

cout << a " " ;

cout也就是流插入其实是函数调用，只能有一个参数。<<是二元操作符，只能有两个操作数。

可以看到，C语言需要指定类型，比较麻烦，而C++却可以自动识别。

我们再来试试输入（流提取）。

从控制台中提取然后转化成对应的类型。

可以看到可以一次输入多个。

endl比较复杂，是一个函数。它的底层不是一个换行符。其实cout和cin也很复杂。这些都需要日后学得更深入再具体了解。

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，这些知识我们日后讲解。
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。
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。

小细节：

关于C语言中的控制精度：

可以看到我们的C++是默认保留小数点后5位。也可以人为控制，但是不建议了解。在我们想要控制时，可以用回printf。

在用scanf时我们需要取地址，因为scanf是个函数，[形参的改变不会影响实参，所以我们要取地址。]而在C++中我们就无需取地址。

再次总结，io流函数的定义在iostream头文件里的std命名空间里，可以自动识别类型，可以一行多个输入输出。

补充：

#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;
}

C++的IO流由于各种各样的原因比如要兼容C语言，而这种兼容会付出一些代价。IO输入输出是带缓冲区的，各自有各自的缓冲区，要兼容就得去关注对应的缓冲区。为了提高性能，除了换用printf、scanf，还可以选择把这三句代码加上。

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)//缺省参数
{
	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;
}

其实就是如果有传就用传的，没有就用默认的值（缺省值）。

#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();//一个都不传
 Func1(1);//传一个
 Func1(1,2)//传两个
 Func1(1,2,3);//全传
 Fun1(,2,);//这样传不可以
    
 Func2();//不能一个都不传
 Func2(100);//传一个
 Func2(100, 200);//传两个
 Func2(100, 200, 300);//全传
 return 0;
}

注意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。

缺省参数在实践中的意义

之前我们在写栈的插入数据时，如果后续要插入很多数据我们就要多次扩容，效率低下，而如果初始化时一把开好，就可以避免扩容。我们可以使用缺省参数：

(test.cpp中)

#include<iostream>
using namespace std;

#include"Stack.h"

int main()
{
	// 确定知道要插入1000个数据，初始化时一把开好，避免扩容
	moon::ST s2;
	moon::STInit(&s2, 1000);

	for (size_t i = 0; i < 1000; i++)
	{
		moon::STPush(&s2, i);
	}

	return 0;
}

(stack.h中)

void STInit(ST* ps, int n = 4);

(stack.cpp中)

这样我们就一把开好，不需要扩容，效率就得到了提高。在我们不知道多大时，不传参数，默认就为缺省参数。

缺省参数是很好用的，日后就知道了。

函数重载

C++⽀持在同⼀作用域中出现同名函数，但是要求这些同名函数的形参不同，可以是参数个数不同或者类型不同。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。

这个东西非常有用。可以说是C语言的一大缺陷。

#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;
}

int main()
{
    Add(1,2);
    Add(1.1,2.2);
    
    return 0;
}

以上代码，C语言是无法做到的。这种情况能同名显然是更好的。

再如

void Swap(int* px,int* py)
{}

void Swap(double* px, double* py)
{}

交换函数，如果能够同名，显然是非常好。

// 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(本质也是类型不同) 
void f(int a, char b)
{
 cout << "f(int a,char b)" << endl;
}

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

坑：

// 下⾯两个函数构成重载，因为参数个数不同 
// 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;
}

//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;
}

引用

这也是C++中非常好用的一个东西。

引用的概念和定义

引⽤不是新定义⼀个变量，⽽是给已存在变量取了⼀个别名，编译器不会为引⽤变量开辟内存空间，它和它引⽤的变量共⽤同⼀块内存空间。⽐如：⽔壶传中李逵，宋江叫"铁⽜"，江湖上⼈称"黑旋风"；林冲，外号豹⼦头；

类型&引用别名=引用对象;

C++中为了避免引⼊太多的运算符，会复⽤C语⾔的⼀些符号，⽐如前面的<<和>>，这⾥引⽤也和取地址使⽤了同⼀个符号&，从使⽤⽅法⻆度区分就可以。

#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
    int a = 0;
    // 引⽤：b和c是a的别名 
    int& b = a;
    int& c = a;
    // 也可以给别名b取别名，d相当于还是a的别名 
    int& d = b;
    ++d;
    // 这⾥取地址我们看到是⼀样的 
    cout << &a << endl;
    cout << &b << endl;
    cout << &c << endl;
    cout << &d << endl;
    return 0;
}

在这里插入图片描述

无论叫a b c还是d，都是同一块空间的名字。给其中一个名字加1，其他的名字的值也都加1。

引用的实践

以前我们要交换两个变量的值，得使用传地址的方式。

我们现在使用引用，就无需传地址也能交换两个变量的值。

理解这个我们不要去想底层（底层也是指针），在语法层面就是取别名。

也就是rx是x的别名，ry是y的别名。改变别名就能改变本身。这样并没有为形参开辟新的空间。

我们可能会见到以下的代码：

void STInit(ST& rs, int n = 4)
{
	rs.a = (STDataType*)malloc(n * sizeof(STDataType));
	rs.top = 0;
	rs.capacity = n;
}

这里就用别名来替换了指针。

再或者这样：

// 栈顶
void STPush(ST& rs, STDataType x)
{
	//assert(ps);

	// 满了， 扩容
	if (rs.top == rs.capacity)
	{
		printf("扩容\n");
		int newcapacity = rs.capacity == 0 ? 4 : rs.capacity * 2;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(rs.a, newcapacity *
			sizeof(STDataType));
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			return;
		}
		rs.a = tmp;
		rs.capacity = newcapacity;
	}
	rs.a[rs.top] = x;
	rs.top++;
}

有了引用之后进入函数我们就不需要断言了。

还有原本下面的这个函数，我们是要用二级指针作为参数的，因为可能链表为空，push的这个就要成为头结点，那么plist就会改变，而如果参数为一级指针，phead改变无法改变plist，于是我们用二级指针。

void ListPushBack(LTNode*& phead, int x)
{
	PNode newnode = (PNode)malloc(sizeof(LTNode));
	newnode->val = x;
	newnode->next = NULL;
	if (phead == NULL)
	{
		phead = newnode;
	}
	else
	{
		//...

	}
}

int main()
{
    LTNode* plist = NULL;
    ListPushBack(plist,1);
    
    return 0;
}

而现在我们可以给指针取别名，就不用二级指针。所以我们现在改变指针phead，就是改变main中的指针plist。

typedef struct ListNode
{
 int val;
 struct ListNode* next;
}LTNode, *PNode;

//等价于
typedef struct ListNode* PNode;

PNode是指向LTNode类型的指针（结构体指针）。

所以上面函数也可以写成

void ListPushBack(PNode& phead, int x)

本文到此结束，但过渡内容没有结束，敬请期待下文=_=