C++---基础概念

1 命名空间

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。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int rand = 10;
// 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 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”

1.1 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。

// ADD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
namespace ADD
{
// 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;
    };
}

1.1.1 命名空间可以嵌套

namespace N1
{

    Add(int a,int b)
    {
         return a+b;
    }
    
       namespace N2
    {
        int c;
        int d;
        int Sub(int left, int right)
        {
            return left - right;
        }
    }

}

1.1.2 同一个工程中允许多个相同名称的命名空间。

namespace N1
{

    Add(int a,int b)
    {
         return a+b;
    }
    
      namespace N2
    {
        int c;
        int d;
        int Sub(int left, int right)
        {
            return left - right;
        }
    }

}

namespace N1
{
int Mul(int left, int right)
{
    return left * right;
}
}

最后相同命名的命名空间都会被编译合成一个命名空间。

1.2 命名空间的使用

假设有一个命名空间

namespace N1 {
	int a = 1;
	int b = 2;
	int ADD(int left, int right)
	{
		return right + left;
	}
}

直接调用

int main()
{

	printf("%d", a);

	return 0;
}
 编译报错：error C2065: “a”: 未声明的标识符

3种调用方法

1.2.1 加命名空间名称及作用域限定符

int main()
{

	printf("%d", N1::a);

	return 0;
}

1.2.2 使用using将命名空间中某个成员引入

#include <iostream>
using namespace std;
namespace N1 {
	int a = 1;
	int b = 2;
	int ADD(int left, int right)
	{
		return right + left;
	}
}
using N1::a;
int main()
{

	printf("%d", a);

	return 0;
}

1.2.3 使用using namespace 命名空间名称引入

#include <iostream>
using namespace std;
namespace N1 {
	int a = 1;
	int b = 2;
	int ADD(int left, int right)
	{
		return right + left;
	}
}
using namespace N1;
int main()
{

	printf("%d", a);

	return 0;
}

2 缺省参数

2.1 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。

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;
}

2.2 分类

2.2.1 全缺省

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

2.2.2 半缺省（部分缺省）

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

1. 半缺省参数必须从右往左依次来给出，不能间隔着给
2. 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现

3. 缺省值必须是常量或者全局变量
4. 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。

3 函数重载

3.1 分类

函数重载可总结为：函数名相同但参数个数不同，参数个数相同或者参数类型不同，参数个数相同参数类型相同但参数前后顺序不同都可构为函数重载。但仅仅函数返回值不同不能构成重载。

#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;
}
int main()
{
    Add(10, 20);
    Add(10.1, 20.2);
    f();
    f(10);
    f(10, 'a');
    f('a', 10);
    return 0;
}

3.2 原理

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:头文件展开、宏替换、条件编译、删除注释，生成（.i）文件

编译：语法检查、编译成汇编代码 ->生成(.s)文件
汇编：编译为二进制代码 ->(.o)文件

链接：将生产的目标文件（.o）与链接库合并生成可执行程序

实际项目通常是由多个头文件和多个源文件构成，【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。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。

这里每个编译器都有自己的函数名修饰规则。链接器会生成的不同的修饰后的函数名去.o文件中查符号表找到对应修饰函数名的地址。这也是C++为什么能构成函数重载的重要原因：相同函数名会编译生成被修饰过的不同函数名。

在Linux系统下

通过下面我们可以看出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】。

采用C语言编译器编译后结果

结论：在linux下，采用gcc编译完成后，函数名字的修饰没有发生改变。

采用C++编译器编译后结果

结论：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。

Windows下名字修饰规则

对比Linux会发现，windows下vs编译器对函数名字修饰规则相对复杂难懂，但道理都
是类似的。

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。

4 引用

4.1 概念

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。

4.2 定义规则

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；

void TestRef()
{
   int a = 10;
   int& ra = a;//<====定义引用类型
   printf("%p\n", &a);
   printf("%p\n", &ra);
}

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的

4.3 引用特性

1. 引用在定义时必须初始化
2. 一个变量可以有多个引用
3. 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

void TestRef()
{
  int a = 10;
  // int& ra;   // 该条语句编译时会出错
  int& ra = a;
  int& rra = a;
  printf("%p  %p  %p\n", &a, &ra, &rra);  
}

4.4 常引用

void TestConstRef()
{
   const int a = 10;
   //int& ra = a;   // 该语句编译时会出错，a为常量
   const int& ra = a;
   // int& b = 10;  // 该语句编译时会出错，b为常量
   const int& b = 10;
   double d = 12.34;
   //int& rd = d;  // 该语句编译时会出错，类型不同
   const int& rd = d;
}

4.5 使用场景

1.做参数

void Swap(int& left, int& right)
{
 int temp = left;
 left = right;
 right = temp;
}

2.做返回值

int& Count()
{
 static int n = 0;
 n++;
 // ...
 return n;
}

示例：

int& Add(int a, int b)
{
  int c = a + b;
  return c;
}
int main()
{
  int& ret = Add(1, 2);
  Add(3, 4);
  cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <<endl;
  return 0;
}

注意：如果函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象还在(还没还给系统)，则可以使用
引用返回，如果已经还给系统了，则必须使用传值返回。

4.6 传值、传引用效率比较

以值作为参数或者返回值类型，在传参和返回期间，函数不会直接传递实参或者将变量本身直接返回，而是传递实参或者返回变量的一份临时的拷贝，因此用值作为参数或者返回值类型，效率是非常低下的，尤其是当参数或者返回值类型非常大时，效率就更低。

4.7 引用和指针的区别

在语法概念上引用就是一个别名，没有独立空间，和其引用实体共用同一块空间。在底层实现上实际是有空间的，因为引用是按照指针方式来实现的。

引用和指针的不同点:
1. 引用概念上定义一个变量的别名，指针存储一个变量地址。
2. 引用在定义时必须初始化，指针没有要求
3. 引用在初始化时引用一个实体后，就不能再引用其他实体，而指针可以在任何时候指向任何一个同类型实体
4. 没有NULL引用，但有NULL指针
5. 在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)
6. 引用自加即引用的实体增加1，指针自加即指针向后偏移一个类型的大小

7. 有多级指针，但是没有多级引用
8. 访问实体方式不同，指针需要显式解引用，引用编译器自己处理
9. 引用比指针使用起来相对更安全

5 内联函数

5.1 概念

以inline修饰的函数叫做内联函数，编译时C++编译器会在调用内联函数的地方展开，没有函数调用建立栈帧的开销，内联函数提升程序运行的效率。

如果在上述函数前增加inline关键字将其改成内联函数，在编译期间编译器会用函数体替换函数的
调用。（此处和C语言种的宏很类似）

5.2 特性

1. inline是一种以空间换时间的做法，如果编译器将函数当成内联函数处理，在编译阶段，会
用函数体替换函数调用，缺陷：可能会使目标文件变大，优势：少了调用开销，提高程序运
行效率。
2. inline对于编译器而言只是一个建议，不同编译器关于inline实现机制可能不同，一般建
议：将函数规模较小(即函数不是很长，具体没有准确的说法，取决于编译器内部实现)、不
是递归、且频繁调用的函数采用inline修饰，否则编译器会忽略inline特性。下图为
《C++prime》第五版关于inline的建议：

3. inline不建议声明和定义分离，分离会导致链接错误。因为inline被展开，就没有函数地址
了，链接就会找不到。

6 C++有哪些技术替代宏？

1. 常量定义换用const enum
2. 短小函数定义换用内联函数

7 auto

在早期C/C++中auto的含义是：使用auto修饰的变量，是具有自动存储器的局部变量，但遗憾的是一直没有人去使用它，大家可思考下为什么？
C++11中，标准委员会赋予了auto全新的含义即：auto不再是一个存储类型指示符，而是作为一个新的类型指示符来指示编译器，auto声明的变量必须由编译器在编译时期推导而得。

int TestAuto()
{
return 10;
}
int main()
{
int a = 10;
auto b = a;
auto c = 'a';
auto d = TestAuto();
cout << typeid(b).name() << endl;
cout << typeid(c).name() << endl;
cout << typeid(d).name() << endl;
//auto e; 无法通过编译，使用auto定义变量时必须对其进行初始化
return 0;
}

【注意】
使用auto定义变量时必须对其进行初始化，在编译阶段编译器需要根据初始化表达式来推导auto的实际类型。因此auto并非是一种“类型”的声明，而是一个类型声明时的“占位符”，编译器在编译期会将auto替换为变量实际的类型。

8 范围for

对于一个有范围的集合而言，由程序员来说明循环的范围是多余的，有时候还会容易犯错误。因此C++11中引入了基于范围的for循环。for循环后的括号由冒号“ ：”分为两部分：第一部分是范围内用于迭代的变量，第二部分则表示被迭代的范围

void TestFor()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for(auto& e : array)
  e *= 2;
for(auto e : array)
  cout << e << " ";
return 0;
}