C++基础（1）——入门知识

1.C++版本更新

2.C++参考⽂档：

3.C++书籍推荐

4.C++的第⼀个程序

5.命名空间

5.1namespace的价值

5.2namespace的定义

5.3 命名空间使⽤

6.C++输⼊&输出

7.缺省参数

8.函数重载

9.引⽤

9.1引⽤的概念和定义

9.2引⽤的特性

9.3引⽤的使用

9.4const引⽤

9.5指针和引⽤的关系

10.inline

11.nullptr

1.C++版本更新

2.C++参考⽂档：

https://legacy.cplusplus.com/reference/

https://zh.cppreference.com/w/cpp

https://en.cppreference.com/w/

说明：第⼀个链接不是C++官⽅⽂档，标准也只更新到C++11，但是以头⽂件形式呈现，内容⽐较易看好懂（新手首先）。

后两个链接分别是C++官⽅⽂档的中⽂版和英⽂版，信息很全，更新到了最新的C++标准，但是相⽐第⼀个不那么易看；⼏个⽂档各有优势，我们结合着使⽤。

3.C++书籍推荐

C++Primer：主要讲解语法，经典的语法书籍，前后中期都可以看，前期如果⾃学看可能会有点晦涩难懂。

STL源码剖析：主要从底层实现的⻆度结合STL源码，庖丁解⽜式剖析STL的实现，是侯捷⽼师的经典之作。可以很好的帮助我们学习别⼈⽤语法是如何实现出⾼效简洁的数据结构和算法代码，如何使⽤泛型封装等。让我们不再坐井观天，闭⻔造⻋。

EffctiveC++：本书也是侯捷⽼师翻译的，本书有的⼀句评价，把C++程序员分为看过此书的和没看过此书的。本书主要讲了55个如何正确⾼效使⽤C++的条款，建议中后期可以看⼀遍，⼯作1-2年后再看⼀遍，相信会有不⼀样的收获。

4.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hello world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<iostream>

using namespace std;

int main()
{
 cout << "hello world\n" << endl;
 
 return 0;
}

5.命名空间

5.1namespace的价值

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。

c语⾔项⽬类似下⾯程序这样的命名冲突是普遍存在的问题，C++引⼊namespace就是为了更好的解决这样的问题

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

int rand = 10;

int main()
{
 // 编译报错：error C2365: “rand”: 重定义；以前的定义是“函数” 
 printf("%d\n", rand);
 return 0;
}

5.2namespace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。

• 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。

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

// 1. 正常的命名空间定义 

// 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。 

// 我们上课⽤的是bit，⼤家下去以后⾃⼰练习可以考虑⽤⾃⼰名字缩写，如张三：zs 

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;
 };
}

int main()
{
 // 这⾥默认是访问的是全局的rand函数指针 
 printf("%p\n", rand);
 // 这⾥指定bit命名空间中的rand 
 printf("%d\n", bit::rand);
 return 0;
}
//2. 命名空间可以嵌套 

namespace bit
{
 // 鹏哥 
 namespace pg
{
 int rand = 1;
 int Add(int left, int right)
 {
 return left + right;
 }
 }
 // 杭哥 
 namespace hg
 {
 int rand = 2;
 int Add(int left, int right)
 {
 return (left + right)*10;
 }
 }
}

int main()
{
 printf("%d\n", bit::pg::rand);
 printf("%d\n", bit::hg::rand);
 printf("%d\n", bit::pg::Add(1, 2));
 printf("%d\n", bit::hg::Add(1, 2));
 return 0;
}

5.3 命名空间使⽤

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。

#include<stdio.h>

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

int main()
{
 // 编译报错：error C2065: “a”: 未声明的标识符 
 printf("%d\n", a);
 return 0;
}
// 指定命名空间访问 

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

// using将命名空间中某个成员展开 

using N::b;

int main()
{
 printf("%d\n", N::a);
 printf("%d\n", b);
 return 0; 
}
// 展开命名空间中全部成员 

using namespce N;

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

6.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)，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，这些知识我们还没有讲解，所以这⾥我们只能简单认识⼀下C++IO流的⽤法，后⾯我们会有专⻔的⼀个章节来细说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。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
 int a = 0;
 double b = 0.1;
 char c = 'x';
 cout << a << " " << b << " " << c << endl;
 std::cout << a << " " << b << " " << c << std::endl;
 scanf("%d%lf", &a, &b);
 printf("%d %lf\n", a, b);
 // 可以⾃动识别变量的类型 
 cin >> a;
 cin >> b >> c;
 cout << a << endl;
 cout << b << " " << c << endl;
 return 0;
}

技巧：

#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;
}

7.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>

#include <assert.h>

using namespace std;

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;
}

#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();
 Func1(1);
 Func1(1,2);
 Func1(1,2,3);
 Func2(100);
 Func2(100, 200);
 Func2(100, 200, 300);
 return 0;
}

// Stack.h

#include <iostream>

#include <assert.h>

using namespace std;

typedef int STDataType;

typedef struct Stack

{
 STDataType* a;
 int top;
 int capacity;
}ST;

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

// Stack.cpp

#include"Stack.h"

// 缺省参数不能声明和定义同时给 

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

// test.cpp

#include"Stack.h"

int main()
{
 ST s1;
 STInit(&s1);
 // 确定知道要插⼊1000个数据，初始化时⼀把开好，避免扩容 
 ST s2;
 STInit(&s2, 1000);
 return 0;
}

8.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。

#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;
}

void f(char b, int a)
{
 cout << "f(char b, 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;
//}
// 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()
{
 Add(10, 20);
 Add(10.1, 20.2);
 f();
 f(10);
 f(10, 'a');
 f('a', 10);
 return 0;
}

9.引⽤

9.1引⽤的概念和定义

类型& 引⽤别名=引⽤对象;

#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;
}

9.2引⽤的特性

• 引⽤在定义时必须初始化

• ⼀个变量可以有多个引⽤

• 引⽤⼀旦引⽤⼀个实体，再不能引⽤其他实体

#include<iostream>

using namespace std;

int main()
{
 int a = 10;
 
 // 编译报错：“ra”: 必须初始化引⽤ 
 //int& ra;

 int& b = a;
 int c = 20;
 // 这⾥并⾮让b引⽤c，因为C++引⽤不能改变指向， 
 // 这⾥是⼀个赋值 
 b = c;
 cout << &a << endl;
 cout << &b << endl;
 cout << &c << endl;
 return 0;
}

9.3引⽤的使用

• 引⽤在实践中主要是于引⽤传参和引⽤做返回值中减少拷⻉提⾼效率和改变引⽤对象时同时改变被引⽤对象。

• 引⽤传参跟指针传参功能是类似的，引⽤传参相对更⽅便⼀些。

• 引⽤返回值的场景相对⽐较复杂，我们在这⾥简单讲了⼀下场景，还有⼀些内容后续类和对象章节中会继续深⼊讲解。

• 引⽤和指针在实践中相辅相成，功能有重叠性，但是各有特点，互相不可替代。C++的引⽤跟其他语⾔的引⽤(如Java)是有很⼤的区别的，除了⽤法，最⼤的点，C++引⽤定义后不能改变指向， Java的引⽤可以改变指向。

• ⼀些主要⽤C代码实现版本数据结构教材中，使⽤C++引⽤替代指针传参，⽬的是简化程序，避开复杂的指针，但是很多同学没学过引⽤，导致⼀头雾⽔。

void Swap(int& rx, int& ry)
{
 int tmp = rx;
 rx = ry;
 ry = tmp;
}

int main()
{
 int x = 0, y = 1;
 cout << x <<" " << y << endl;
 Swap(x, y);
 cout << x << " " << y << endl;
 return 0;
}

复写栈：（用引用的方法）

#include<iostream>

using namespace std;

typedef int STDataType;

typedef struct Stack

{
 STDataType* a;
 int top;
 int capacity;
}ST;

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

// 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++;
}

// int STTop(ST& rs)

int& STTop(ST& rs)
{
 assert(rs.top > 0);
 return rs.a[rs.top];
}

int main()
{
 // 调⽤全局的 
 ST st1;
 STInit(st1);
 STPush(st1, 1);
 STPush(st1, 2);
 cout << STTop(st1) << endl;
 STTop(st1) += 10;
 cout << STTop(st1) << endl;
 return 0;
}

9.4const引⽤

• 可以引⽤⼀个const对象，但是必须⽤const引⽤。const引⽤也可以引⽤普通对象，因为对象的访问权限在引⽤过程中可以缩⼩，但是不能放⼤。

• 不过需要注意的是类似 int& rb = a*3; double d = 12.34; int& rd = d; 这样⼀些场景下a*3的和结果保存在⼀个临时对象中， int& rd = d 也是类似，在类型转换中会产⽣临时对象存储中间值，也就是rb和rd引⽤的都是临时对象，⽽C++规定临时对象具有常性，所以这⾥就触发了权限放⼤，必须要⽤常引⽤才可以。

• 所谓临时对象就是编译器需要⼀个空间暂存表达式的求值结果时临时创建的⼀个未命名的对象， C++中把这个未命名对象叫做临时对象。

int main()
{
 const int a = 10;
 // 编译报错：error C2440: “初始化”: ⽆法从“const int”转换为“int &” 
 // 这⾥的引⽤是对a访问权限的放⼤ 
 //int& ra = a;

 // 这样才可以 
 const int& ra = a;
 // 编译报错：error C3892: “ra”: 不能给常量赋值 
 //ra++;

 // 这⾥的引⽤是对b访问权限的缩⼩ (不报错)
 int b = 20;
 const int& rb = b;
 // 编译报错：error C3892: “rb”: 不能给常量赋值 
 //rb++;

 return 0;
}

#include<iostream>

using namespace std;

int main()
{
 int a = 10;
 const int& ra = 30;
 
 // 编译报错: “初始化”: ⽆法从“int”转换为“int &” 
 // int& rb = a * 3;

 const int& rb = a*3;
 double d = 12.34;
 // 编译报错：“初始化”: ⽆法从“double”转换为“int &” 
 // int& rd = d;

 const int& rd = d;
 return 0;
}

9.5指针和引⽤的关系

C++中指针和引⽤就像两个性格迥异的亲兄弟，指针是哥哥，引⽤是弟弟，在实践中他们相辅相成，功能有重叠性，但是各有⾃⼰的特点，互相不可替代。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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)

• 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。

10.inline

• ⽤inline修饰的函数叫做内联函数，编译时C++编译器会在调⽤的地⽅展开内联函数，这样调⽤内联函数就需要建⽴栈帧了，就可以提⾼效率。

• inline对于编译器⽽⾔只是⼀个建议，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。

• C语⾔实现宏函数也会在预处理时替换展开，但是宏函数实现很复杂很容易出错的，且不⽅便调试，C++设计了inline⽬的就是替代C的宏函数。

• vs编译器debug版本下⾯默认是不展开inline的，这样⽅便调试，debug版本想展开需要设置⼀下以下两个地⽅。

• 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。

#include<iostream>

using namespace std;

inline int Add(int x, int y)
{
 int ret = x + y;
 ret += 1;
 ret += 1;
 ret += 1;
 return ret;
}

int main()
{
 // 可以通过汇编观察程序是否展开 
 // 有call Add语句就是没有展开，没有就是展开了 
 int ret = Add(1, 2);
 cout << Add(1, 2) * 5 << endl;
 return 0;
}

#include<iostream>

using namespace std;

// 实现⼀个ADD宏函数的常⻅问题 

//#define ADD(int a, int b) return a + b;
//#define ADD(a, b) a + b;
//#define ADD(a, b) (a + b)
// 正确的宏实现 

#define ADD(a, b) ((a) + (b))

// 为什么不能加分号? 

// 为什么要加外⾯的括号? 

// 为什么要加⾥⾯的括号? 

int main()
{
 int ret = ADD(1, 2);
 cout << ADD(1, 2) << endl;
 cout << ADD(1, 2)*5 << endl;
 int x = 1, y = 2;
 ADD(x & y, x | y); // -> (x&y+x|y)（优先级 + > & > | ）

 return 0;
}

// F.h

#include <iostream>

using namespace std;

inline void f(int i);

// F.cpp

#include "F.h"

void f(int i)
{
 cout << i << endl;
}

// main.cpp

#include "F.h"

int main()
{
  // 链接错误：⽆法解析的外部符号 "void __cdecl f(int)" (?f@@YAXH@Z) 
  f(10);
  return 0;
}

11.nullptr

NULL实际是⼀个宏，在传统的C头⽂件(stddef.h)中，可以看到如下代码：

#ifndef NULL

 #ifdef __cplusplus

 #define NULL 0

 #else

 #define NULL ((void *)0)

 #endif

#endif

• C++中NULL可能被定义为字⾯常量0，或者C中被定义为⽆类型指针(void*)的常量。不论采取何种定义，在使⽤空值的指针时，都不可避免的会遇到⼀些⿇烦，本想通过f(NULL)调⽤指针版本的 f(int*)函数，但是由于NULL被定义成0，调⽤了f(int x)，因此与程序的初衷相悖。f((void*)NULL); 调⽤会报错。

• C++11中引⼊nullptr，nullptr是⼀个特殊的关键字，nullptr是⼀种特殊类型的字⾯量，它可以转换成任意其他类型的指针类型。使⽤nullptr定义空指针可以避免类型转换的问题，因为nullptr只能被隐式地转换为指针类型，⽽不能被转换为整数类型。

#include<iostream>

using namespace std;

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

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

int main()
{
 f(0);//f(int x)
 // 本想通过f(NULL)调⽤指针版本的f(int*)函数，但是由于NULL被定义成0，调⽤了f(int 
 x)，因此与程序的初衷相悖。 
 f(NULL);//f(int x)
 f((int*)NULL);//f(int* ptr)
 // 编译报错：error C2665: “f”: 2 个重载中没有⼀个可以转换所有参数类型 
 // f((void*)NULL);

 
 f(nullptr);//f(int* ptr)
 return 0;
}