【C++】入门C++

1.C++的第一个程序

之前写的C语言文件都是后缀为.c的文件，进入C++后就要把后缀改为.c++了，vs编译器看到是.cpp就会调⽤C++编译器编译。C++兼容C语言的绝大多数语法，所以C语言的 hallo word 依旧可以在C++下使用。

//test.cpp
//c语言的hallo world
#include<stdio.h>
int main() {

	printf("%s", "hallo world\n");

	return 0;
}

当然C++也有自己的输入输出，C++的hallo word长这样：

//test.cpp
//c++的hallo world
#include<iostream>//相当于c语言的.h文件
using namespace std;
int main() {

	cout << "hello world\n";

	return 0;
}

2.命名空间

2.1命名空间的价值

在C/C++ 中，标准库中的函数命名与程序员写的函数命名、程序员和程序员之间的（函数，变量，宏等等）这些可能会存在命名冲突，使用命名空间（namespace）可以有效避免命名冲突，使得代码更加模块化和易于管理。

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

//c语言的命名冲突

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h> //rand（）函数在这个库中，编译链接后展开

int rand = 10;

int main() {
	//C2365 "rand":重定义，以前的定义是"函数"

	printf("%d", rand);

	return 0;
}

2.2命名空间的定义

命名空间的定义需要用到namespac关键字，后面接命名空间的名字，然后在加一对{}即可。{}中即为命名空间的成员。命名空间可以定义变量/函数/类型等。
命名空间的本质是定义了一个新的域，这个域跟全局域互相独立，不同的域可以定义同名变量。这样在命名空间中定义一个rand变量就不会和全局域中的rand函数冲突了。
C++中有函数局部域，全局域，命名空间域类域，类域。域影响的是编译器在编译时查找一个变量/函数/类型出处（定义或声明）的逻辑，所以有了域的隔离，名字冲突问题自然就解决了。局部域和全局域除了会影响查找逻辑，还会直接影变量的声明周期，而命名空间域和类域不会直接影响变量的生命周期。
命名空间只能定义在全局，它也可以嵌套定义。
项目工程中的多个文件，会将同名的命名空间当成一个，不会有冲突
C++的标准库都放在一个std（standard）的命名空间域中

普通的命名空间域定义

#include<iostream>
#include<stdlib.h>

//普通的命名空间定义 jiuwu是这个命名空间的名字

namespace jiuwu
{
	int a = 10;

	int ADD(int a, int b)
	{
		return a + b;
	}

	struct Node
	{
		struct Node* next;
		int val;
	};
}
int main() {
	
	//这的rand是全局域中的rand函数
	printf("%p\n", rand);

	//这是jiuwu命名空间域中的rand变量
	printf("%d\n",jiuwu::a);

	return 0;
}

嵌套定义命名空间域

#include<iostream>
#include<stdlib.h>

//嵌套命名空间定义

namespace XiangMu_1
{
	namespace jiuwu
	{
		int a = 10;

		int ADD(int a, int b)
		{
			return a + b;
		}

		struct Node
		{
			struct Node* next;
			int val;
		};
	}
	namespace sidangkang
	{
		int a = 20;

		int ADD(float a, float b)
		{
			return a + b;
		}

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

}
int main() {
	
	//这的a是命名空间XiangMu_1中的嵌套jiuwu中的a
	printf("%d\n", XiangMu_1::jiuwu::a);

	//这的a是命名空间XiangMu_1中的嵌套sidangkang中的a
	printf("%d\n", XiangMu_1::sidangkang::a);

	return 0;
}

2.3命名空间的使用

编译器在查找一个变量的声明/定义时，默认只会在局部域和全局域中查找，不会到命名空间域中查找，所以以下程序会报错

# include <stdio.h>

namespace jiuwu

{

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

}

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，冲突风险很大，日常小练习程序为了方便推荐使用。

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


// 指定命名空间访问
int main()
{
printf("%d\n", jiuwu::a);
printf("%d\n", jiuwu::b);
return 0;
}

// using将命名空间中某个成员展开
using jiuwu::b;
int main()
{
printf("%d\n", N::a);
printf("%d\n", b);
return 0;
}

//将整个命名空间域展开
using namespce jiuwu;
int main()
{
printf("%d\n", a);
printf("%d\n", b);
return 0;
}

3.C++的输入&输出

<iostream> 是C++的标准输入/输出库，定于了标准输入输出对象
std::cin 是istream的对象，它主要面向窄字符的标准输入流
std::cout是ostream的的对象，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语言还使用它们做为移位运算符）
C++的输入输出非常方便，它不用向printf函数那样指定类型，它可以自己识别类型
cout/cin/endl都属于C++的标准库，C++的标准库都放在一个叫std（standard)的命名空间中，所以要同命名空间的使用方法去使用它们
<iostream>间接包含了<stdio.h>，使用可以直接使用printf和scanf，vs系列的编译器是这样的，其他编译器可能会报错

#include<iostream>
int main() {
	int a;
	float b;
	char c;

	//cin = scanf 
	//>>从标准输入流中提取数据
	std::cin >> a >> b >> c; //可自动识别数据类型

	//cout = printf
	//<<将数据输入到标准输出流中
	std::cout << a << " "<< b <<" " << c <<std::endl;

	
	return 0;
}

4.缺省参数

缺省参数就是在定义或声明函数时为函数的形参指定一个默认值。在调用参数时，如果没有对应的实参那么就会使用设定好的缺省值，否则使用实参。缺省参数右分为全缺省参数与半缺省参数。
全缺省参数就是将函数所有的新参都设计为缺省参数，半缺省参数就是将函数部分参数设置为缺省参数。C++规定半缺省参数只能从右往左连续缺省。
带缺省参数的函数的调用，C++规定只能从左往右连续给实参，不能跳跃给实参。
函数声明定义分离时，规定缺省参数必须在声明中给。

#include<iostream>
using namespace std;
//全缺省
void func(int a = 10, int b = 10, int c = 10)
{
	cout << a << endl << b << endl << c;
}

//半缺省
void func1(int a, int b = 10,int c = 10)
{
	cout << a << endl << b << endl << c;
}

//错误半缺省
void func2(int a = 10, int b, int c)//应从右往左连续设置缺省值
{
	cout << a << endl << b << endl << c;
}



int main() {

	func();//在没有实参时使用设计好的缺省值
	func(1);//传参时，使用指定实参

	func1();//不能再没有设置缺省参数的地方，选着不传实参
	func1(1);//这里至少传一个实参
	func1(1, 2);

	return 0;
}

5.函数重载

C++中规定可以在同一作用域中出现同名函数，但是要求它们的形参不同

//函数重载
// 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(int left, int right)" << endl;
	return double + double;
}

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

// 3、参数顺序不同
void f(char b,int a)
{
cout << "f(char b,int a)" << endl;
}
void f(int a，char b)
{
cout << "f(int a,char b)" << endl;
}

//注意！不能仅通过返回值，与返回类型进行函数重载
int Add(int left, int right)
{
	cout << "int Add(int left, int right)" << endl;
	return left + right;
}

double Add(int left, int right)//返回类型不能作为重载的条件
{
	cout << "int Add(int left, int right)" << endl;
	return left + right;
}

6.引用

6.1什么是引用

引用不是新定义一个变量，而是给现有的变量取一个别名，这个别名并不会新开辟一块内存空间，而是会和被取别名的变量一起使用一块空间。

类型 & 引用别名 = 引用对象

#include<iostream>
using namespace std;
int main() {

	int a = 10;

	//给a这个变量取别名
	int& b = a;
	int& c = a;

	//也可以给别名取别名，但终究还是同一个变量】
	int& d = b;

	//这里我们可以发现它们的内容和地址都是完全一样的
	cout << a << "    " << &a << endl;
	cout << b << "    " << &b << endl;
	cout << c << "    " << &c << endl;
	cout << d << "    " << &d << endl;


	return 0;
}

6.2引用的特性

1.引用在定义时必须初始化

2.同一个变量可以有多个引用

3.引用一旦被初始化，就不能再改变其指向的对象

4.由于：引用一旦被初始化，就不能再改变其指向的对象，所以在使用const修饰引用时只能修饰其“内容”

#include<iostream>
using namespace std;
int main() {

	//引用在定义时必须初始化，否则报错
	//int& a;

	//一个变量可有多个引用
	int b = 10;
	int& c = b;
	int& d = b;

	//这⾥不是让f引⽤b，因为C++引⽤不能改变指向，这里是给f赋值即 f = 10;e = 10
	int e = 20;
	int& f = e;
	cout << f<<endl;
	f = b;
	cout << f<<endl;

    //const修饰引用
    const int& ra = a;//正确

    int& const ra = a;//错误 原因：引用本质上是一个已经绑定了某个对象的别名，其“指向”在初始化后是不可变的。因此，为引用添加 const 修饰其“指向”是没有意义的，也是不被编译器允许的。


	return 0;
}

6.3const引用

当引用一个const对象，必须使用const引用。const引用也可以引用普通对象，因为对象的访问权限可以在引用时缩小，但是不能在引用时放大。

当我们引用编译器创建的临时对象时，也需要用const引用。因为临时对象体通常是只读的，对它进行引用而不使用const引用会造成权限的放大

临时对象的产生

1.表达式的结果：

某个表达式的结果会被编译器会创建一个临时对象来保存这个结果
//10 + 20 的结果会被存储到临时对象中，然后在赋值给a
int a = 10 + 20;
2.类型转换：

当执行显式的类型转换或隐式的类型转换，且转换结果需要被存储时，也可能产生临时对象
//10.2类型转换的结果会被存储在临时对象中，然后在被赋值被a
int b = 10.2;
3.常量引用的绑定：
// 编译器会创建一个值为10的临时int对象
const int& a = 10; 
临时对象的生命周期：临时对象的生命周期是自动管理的，并且通常与引用它的作用域相同。一旦引用超出了它的作用域，临时对象就会被销毁。

6.4.指针和引用的区别

在语法层面，引用的创建不需要开空间属于引用对象的别名，而指针的创建需要空间
引用在定义时必须初始化，而指针不用（指针不初始化容易造成野指针问题）
引用在指向一个对象后不能在更改，而指针可以随时更换指向对象
引用可直接访问指向对象，而指针需要解引用
sizeof中的含义不同，引用结果为引用对象类型大小，但指针永远是固定的字节（在32位系统上，指针的大小通常是4字节，在64位系统上，指针的大小通常是8字节）

7.内联函数

内联函数只需要在函数前面加上inline关键字，编译器会在有内联函数的地方选择性的展开，这样就不用新开栈帧了，对效率提升有所帮助

内联函数的展开对于编译器来说只是一个建议，对于程序员不合理的展开，编译器会选择视而不见

内联函数的声明和定义不建议分离在不同的源文件中，这样会导致链接错误。因为inline展开就没有地址，编译器就找不到定义的内联函数

在vs编译器debug状态进行反汇编码的观察，我们发现内联函数并未展开，这是为了方便程序员调试，debug状态下展开内联函数需要设置这两个地方

#include<iostream>
using namespace std;

// 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() {

	cout << ADD(2, 3) << endl;//如果加了分号就会出现语法错误

	cout << ADD(2, 3) * 4 << endl;//如果不加外面括号->（a）+ (b) * 4,b会先与4乘法运算，跟我们实际需求不符

	int a = 1, b = 2;
	cout << ADD(a | b, b & a) << endl;//如果不加里面的括号->(a | b + b  &a)b 会与 b先进行加法运算

	return 0;
}

8.nullptr

在C++和C中，NULL实际上是一个宏，C++中NULL被替换成 0，C中NULL被替换成（void*）0。但是无论这两种定义，在C++中使用它们的时候都会出一些问题，例如：

void func(int);  
void func(int*);
假如你想调用 void func(int*);你可能会这样做：
func(NULL);
但是由于NULL被替换成了字面量0，所以你实际上调用的是int版本的func函数

你还可能会这样做：
funk((void*)NULL);
这样写在C++中也是错误的，因为在C++中void*指针不能够隐形的转化为其他类型的指针，在C语言中这样写是可以的，因为C语言中的void*指针可以给给任意类型的指针

所以在C++11中引入了nullptr关键字。nullptr实际上是一种特殊的字面量，它能够隐形的转化成任意类型的指针，而不能过转化成整数类型

#include<iostream>
using namespace std;
void func(int a)
{
	cout << "func(int a)" << endl;
}
void func(int* a)
{
	cout << "func(int* a)" << endl;
}
int main() {

	func(NULL);
	//func((void*)NULL);

	func(nullptr);

	return 0;
}