今天你学C++了吗——C++启航之入门知识

news2024/11/19 5:51:19


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前面的博客已经学习了C语言以及使用C语言来实现一些数据结构~这一篇博客我们将启航C++,去领略更加深层次计算机语言的魅力~准备好了吗?我们发车了~

目录

C++发展历史

C++版本更新

C++的第一个程序

命名空间

namespace的价值

namespace的定义及注意点

namespace的使用

C++输入&输出

 缺省参数

函数重载

引用

引用的概念和定义

引用的特性

 引用的使用

const引用

指针和引用的关系

nullptr

inline


C++发展历史

      C++的起源可以追溯到1979年,当时Bjarne Stroustrup(本贾尼·斯特劳斯特卢普(C++祖师爷)(这里翻译的名字不同的地方可能有差异) 在贝尔实验室从事计算机科学和软件工程的研究工作。面对项目中复杂的软件开 发任务,特别是模拟和操作系统的开发工作,他感受到了现有语言(如C语言)在表达能力、可维护性 和可扩展性方面的不足。
      1983年,Bjarne Stroustrup在C语言的基础上添加了面向对象编程的特性,设计出了C++语言的雏形, 这个时候C++已经有了类、封装、继承等核心概念,为后来的面向对象编程奠定了基础。这⼀年该语言被 正式命名为C++。 (不得不说,祖师爷就是祖师爷,直接自己创建了一个新的计算机语言)
        在随后的几年中,C++在学术界和工业界的应用也就逐渐增多。一些大学和研究所开始将C++作为教学和研 究的首选语言,而⼀些公司也开始在产品开发中尝试使用C++。这⼀时期,C++的标准库和模板等特性 也得到了进⼀步的完善和发展。
        C++的标准化工作于1989年开始,并成立了⼀个ANSI和ISO(International Standards
Organization)国际标准化组织的联合标准化委员会。1994年标准化委员会提出了第⼀个标准化草
案。在该草案中,委员会在保持斯特劳斯特卢普最初定义的所有特征的同时,还增加了部分新特征。在完成C++标准化的第⼀个草案后不久,STL(Standard Template Library)是惠普实验室开发的⼀系 列软件的统称。它是由Alexander Stepanov、Meng Lee和David R Musser在惠普实验室⼯作时所开发 出来的。在通过了标准化第⼀个草案之后,联合标准化委员会投票并通过了将STL包含到C++标准中的 提议。STL对C++的扩展超出C++的最初定义范围。虽然在标准中增加STL是个很重要的决定,但也因 此延缓了C++标准化的进程。

        1997年11月14日,联合标准化委员会通过了该标准的最终草案。1998年,C++的ANSI/IS0标准被投入使用~后来经历了多次重要的版本更新和标准修订,这些标准和修订不断扩展和完善了C++的功能和性能,使其在软件开发中得到了更广泛的应用。

放上一张祖师爷照片~

C++版本更新

C++经过几十年的发展,不断地在更新完善~

可以看看下面的图片来了解一下C++的版本更新~

这里呢~加粗的就是改动比较大的版本~

可以看出来现在的C++基本上三年会有一次更新和修订~这些标准和修订不断扩展和完善了C++的功能和性能,使其在软件开发中得到了更广泛的应用~

已经说了C++的发展历史和它的版本更新,接下来我们就开始C++这一门计算机语言~

C++的第一个程序

以前我们C语言阶段使用VS创建源文件的时候,是以.c为后缀的源文件,这里我们需要使用C++的语法和库的话就需要使用.cpp为后缀.这样的话,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。

前面我们学到C语言第一个程序打印hello world,事实上,C++兼容C语言绝大多数的语法,所以C语言实现的hello world依旧可以在当前文件下运行。

C语言版:

//C语言版
#include<stdio.h>
int main()
{
	printf("hello world\n");
	return 0;
}

但是C++有⼀套自己的输⼊输出,严格说C++版本的hello world应该是这样写。

C++版:

//C++版
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	cout << "hello world\n" << endl;
	return 0;
}

这一段C++代码可能看着有点懵逼,没关系,接下来跟我一起开启C++的美妙之旅~

命名空间

命名空间也叫名字空间,我们会使用namespace关键字

namespace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。我们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
我们来看看下面C语言版本命名冲突的例子:
//命名冲突
#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;
}

我们可以看到编译报错,这是因为在在stdlib头文件中,包含了rand这样一个函数,在预编译阶段会把这个头文件进行展开,那么在全局域这个范围内就有两个rand,那么也就造成了rand重复定义,进而报错~

如果我们注释掉#include <stdlib.h>就不会出现这个问题~

这个时候我们就需要需要使用namespace来解决这个问题了~

namespace的定义及注意点

1.定义命名空间,需要使用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

例:

namespace xiaodu
{
	//定义变量
	int rand = 10;

	//定义函数
	int Mul(int a, int b)
	{
		return a * b;
	}

	//定义类型
	struct Node
	{
		int data;
		struct Node* next;
	};//结构体后面有分号
}//这里没有分号

这里需要特别注意的是使用namespace来定义一个域,{ }后面是没有分号的,与我们前面学习的结构体进行一个区分~

2.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
,这样就可以解决前面的代码命名冲突的问题~
int main()
{
	//这里访问全局的rand也就是一个函数,应该打印出来一个地址
	printf("%d\n", rand);
	printf("%p\n", rand);
	return 0;
}

3.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 ,有了域隔离,名字冲突就可以解决。
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 (也就是在命名空间域和类域的变量、函数、类型的生命周期是不会发生改变的~)
4.如果我们想要在域外使用命名空间域里面的变量、函数,就需要使用 作用域运算符::), 前面加上命名空间名
例:


#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
namespace xiaodu
{
	//定义变量
	int rand = 10;

	//定义函数
	int Mul(int a, int b)
	{
		return a * b;
	}

	//定义类型
	struct Node
	{
		int data;
		struct Node* next;
	};//结构体后面有分号
}//这里没有分号

int main()
{
	//这里访问全局的rand也就是一个函数,应该打印出来一个地址
	printf("%p\n", rand);
	//访问域里面的rand
	printf("xiaodu::rand = %d\n", xiaodu::rand);
	//访问域里面的Mul函数
	printf("xiaodu::Mul(2,4) = %d\n", xiaodu::Mul(2, 4));
	return 0;
}

5. namespace只能定义在全局,同时可以嵌套定义

我们可以看出namespace是不可以定义在局部的,但是可以嵌套定义~就像有多个公司,每一个公司内部又会有不同的部门~

例:


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

namespace B
{
	//namespace可以嵌套定义
	namespace data
	{
		int rand = 10;

		int Mul(int a, int b)
		{
			return a * b;
		}
	}
	//不同的域可以定义同名变量
	namespace st
	{
		int rand = 1;

		struct Node
		{
			int data;
			struct Node* next;
		};
	}
}//这里没有分号

int main()
{
	printf("%p\n", rand);//打印地址,全局域的函数rand
	printf("B :: data :: rand = %d\n", B::data::rand);
	printf("B :: st :: rand = %d\n", B::st::rand);
	return 0;
}

6.项目工程中 多文件中定义的同名namespace会认为是⼀个namespace,不会发生冲突 ,也就是编译器会自动将不同文件中同名的namespace合并在一起。
例:(以栈为例)
Stack.h
Stack.cpp
test.cpp

#include"Stack.h"
// 全局定义了⼀份单独的Stack
typedef struct Stack
{
	int a[10];
	int top;
}ST;
void STInit(ST* ps) {}
void STPush(ST* ps, int x) {}
int main()
{
	// 调用全局的
	ST st1;
	STInit(&st1);
	STPush(&st1, 1);
	STPush(&st1, 2);
	printf("sizeof(st1) = %d\n", sizeof(st1));
	// 调用命名空间域的
	MyStack::Stack st2;
	printf("sizeof(st2) = %d\n", sizeof(st2));
	MyStack::StackInit(&st2);
	MyStack::StackPush(&st2, 3);
	MyStack::StackPush(&st2, 4);
	return 0;

结合结构体部分的知识,我们也就可以知道这两个的大小~不清楚的可以看看这一篇博客~C语言——自定义类型

结合上面的测试,我们可以看出 编译器会自动将不同文件中同名的namespace合并在一起,不会发生冲突~
8.C++标准库都放在⼀个叫std(standard)的命名空间中

namespace的使用

编译 默认只会在局部或者全局查找⼀个变量的声明/定义 ,而不会到命名空间里面去查找
所以下面程序会编译报错
#include<stdio.h>
namespace xiaodu
{
	int a = 10;
	int b = 100;
}
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:
1. 指定命名空间访问 ,项目中推荐这种方式,也就需要使用前面提到的 作用域运算符(::)
例:

#include<stdio.h>
namespace xiaodu
{
	int a = 10;
	int b = 100;
}
int main()
{
	printf("xiaodu::a = %d\n", xiaodu::a);
	printf("xiaodu::b = %d\n", xiaodu::b);
	return 0;
}

但是我们要使用很多次命名空间域里面的变量或者函数时,每一次都加上命名空间域名就会很麻烦~所以就有了第二个方法

2. 使用using展开命名空间中全部成员 ,这样就可以直接使用命名空间域的成员,但是在项目中不推荐,冲突风险很大,日常小练习程序为了方便推荐使用
例:

#include"Stack.h"
//使用using展开命名空间中全部成员
using namespace MyStack;
int main()
{
	Stack st;
	StackInit(&st);
	StackPush(&st, 1);
	StackPush(&st, 2);
	StackPush(&st, 3);
	StackPush(&st, 4);
	StackPush(&st, 5);
	StackPush(&st, 6);
	StackPush(&st, 7);
	printf("StackTop = %d\n", StackTop(&st));
	StackDestory(&st);
	return 0;
}

这种方法也有缺陷,相当于原来封装好的域又给他展开了,所以在项目中不推荐~来看看下一个方式~

3. using将命名空间中某个成员展开 ,当项目中经常访问的不存在冲突的成员推荐这种方式。 
例:

#include"Stack.h"
//使用using展开部分命名空间中成员
//展开StackPush
//这里不需要关键字namespace(展开部分命名空间中成员)
using MyStack::StackPush;
int main()
{
	MyStack::Stack st;
	MyStack::StackInit(&st);
	//StackPush经常使用
	StackPush(&st, 1);
	StackPush(&st, 2);
	StackPush(&st, 3);
	StackPush(&st, 4);
	StackPush(&st, 5);
	StackPush(&st, 6);
	StackPush(&st, 7);
	printf("StackTop = %d\n", MyStack::StackTop(&st));
	MyStack::StackDestory(&st);
	return 0;
}

这三种方式,我们可以根据自己实际需要进行使用~

C++输入&输出

1.<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。
2. 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。
3. std::cout 是 ostream 类的对象,它主要面向窄字符的标准输出流。
4. 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 。(它表现出来的效果约等于 ’\n' ,但是它是一个函数,更加复杂~)
我们可以在Cplusplus网站上找到它~
5.<<是流插入运算符,>>是流提取运算符(前面C语言还用这两个运算符做位运算左移/右移)
6. 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(同时它们只能输入输出内置类型)
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),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。
7.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,这里我们先简单认识⼀下C++ IO流的用法,后面我们逐步深入~
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 ,所以我们可以 通过命名空间的使用方式来使用它们~
8.在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(又容易造成命名冲突)
9. 我们没有包含<stdio.h>,也可以使用printf和scanf,因为<iostream>间接包含它。vs系列 编译器是这样的,其他编译器可能会出现报错的情况,到时候加上就好了~

说了这么多,是不是还是更加云里雾里~我们结合下面的例子来看看~

例:


//标准的输入、输出流库
#include<iostream>
//不包含<stdio.h>,因为vs系列编译器<iostream>间接包含它

//C++标准库都放在⼀个叫std(standard)的命名空间中
//使用using进行展开
using namespace std;

int main()
{
	
	int a = 0;
	double b = 0;
	//C++的输入输出可以自动识别变量类型
	//同时可以连续输入输出
	//cout ——输出, cin——输入
	cout << "enter a、b:";
	cin >> a >> b;
	//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
	cout << "a = " << a << '\n' << "b = " << b << endl;
	return 0;
}

这样看起来,C++的输入输出比我们的C语言简单多了,有没有体会到C++的魅力呢?

 缺省参数

什么是缺省参数呢?看这个名字,我们可以知道它是一个参数~我们一起来看看它的定义和使用~

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。缺省参数也可以叫默认参数,函数的参数给了一个默认值~

知道了概念,来看看下面代码的简单使用~

#include<iostream>
using namespace std;
//缺省参数
void func(int a = 10)
{
	cout << "a = " << a << endl << endl;
}
int main()
{
	func();//没有实参,使用缺省参数10
	func(100);//有实参,使用实参100
	return 0;
}

缺省参数分为全缺省和半缺省参数

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


#include<iostream>
using namespace std;
//缺省参数

// 全缺省
void Func1(int a = 1, int b = 2, int c = 3)
{
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl << endl;
}

//半缺省(部分缺省)
void Func2(int a, int b = 20, int c = 30)
{
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl << endl;
}
int main()
{
	// 全缺省调用
	Func1();//不传参,为默认缺省值
	Func1(11);//传一个参,第一个为传的实参值,其他的为默认缺省值
	Func1(11,22);//传两个参,前面两个为传的实参值,其他的为默认缺省值
	Func1(11,22,33);//传三个参,都为传的实参值

	// 半缺省调用
	//Func2两个参数是缺省参数,至少传一个参数
	Func2(100);//传一个参,第一个为传的实参值,其他的为默认缺省值
	Func2(100, 200);//传两个参,前面两个为传的实参值,其他的为默认缺省值
	Func2(100, 200, 300);//传三个参,都为传的实参值
	return 0;
}

像我们的顺序表初始化的时候,就可以给定一个大小n,创建相应大小的空间~这样也就可以提高效率~这就是我们缺省参数的妙处所在~但是使用缺省参数需要注意下面几个点

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。

比如下面的代码就会报错:

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

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。

比如下面的代码就会报错:

void Func(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl << endl;
}
int main()
{
	Func();
	Func(1, , 3);//err
	//想直接给第一个和第三个传参是找不到的
	//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。 
	return 0;
}

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

比如下面的代码就会报错:

#include<iostream>
using namespace std;

//函数声明
void Func(int a = 10, int b = 20, int c = 30);
int main()
{
	Func(1, 2);
	return 0;
}
//函数定义
//err
//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 = 10, int b = 20, int c = 30)
{
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl << endl;
}

正确代码:函数声明的地方给缺省值

#include<iostream>
using namespace std;

//函数声明
//函数声明给缺省值
void Func(int a = 10, int b = 20, int c = 30);
int main()
{
	Func(1, 2);
	return 0;
}
//函数定义
void Func(int a, int b, int c)
{
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl << endl;
}

函数重载

前面我们学习到的C语言是不支持同⼀作用域中出现同名函数的

为了弥补这一个缺陷,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(参数个数不同或者类型不同),参数顺序不同,本质上是参数类型不同。函数调用时自动匹配找到应该调用的函数

C++函数调用就表现出了多态行为,使用更灵活。

例:


#include<iostream>
using namespace std;

//1.形参参数类型不同
int Add(int a, int b)
{
	cout << "int Add(int a, int b)" << endl;
	return a + b;
}

double Add(double a, double b)
{
	cout << "double Add(double a, double b)" << endl;
	return a + b;
}
//2.形参参数个数不同
void func(int a)
{
	cout << "void func(int a)" << endl;
}

void func(int a, int b)
{
	cout << "void func(int a, int b)" << endl;
}
int main()
{
	//形参参数类型不同测试
	Add(1, 2);
	Add(1.1, 2.2);
	//形参参数个数不同测试
	func(1);
	func(1, 2);
	return 0;
}

前面的使用没有问题,我们来看看下面的代码~

#include<iostream>
using namespace std;

void f()
{
	cout << "f()" << endl;
}
void f(int a = 10)
{
	cout << "f(int a = 10)" << endl;
}
int main()
{
	f();
	return 0;
}

上面的f是函数重载吗?它的输入结果是什么?

事实上,两个函数构成重载

但是f()调用时,会报错,存在歧义,因为第二个函数参数是缺省参数(可以给参数,也可以不给参数),那么编译器不知道调用谁~

如果给了一个实参,那么就会调用第二个函数~

引用

接下来就是重头戏了~引用~

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。
就相当于我们生活中除了有自己的名字,还有外号一样,事实上都是指同一个人~这里 已存在变量和它引用的变量共用同一块内存空间
比如:水浒传里面的林冲,外号豹子头;

》定义:类型& 引用别名 = 引用对象;

这里用到了&这个运算符,我们前面使用它来取地址,这是因为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,还有比如前面的<< 和 >>。

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int a = 1;
	// 引用:b和c是a的别名
	int& b = a;
	int& c = a;
	++c;
	// 同时也可以给别名b取别名,d相当于还是a的别名
	int& d = b;
	++d;
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl;
	cout << "d = " << d << endl;
	// 取地址我们看到是⼀样的
	//已存在变量和它引用的变量共用同一块内存空间
	cout << &a << endl;
	cout << &b << endl;
	cout << &c << endl;
	cout << &d << endl;
	return 0;
}

所以,引用就是给已存在变量取一个别名,已存在变量和它引用的变量共用同一块内存空间

上面的代码中a、b、c、d共用同一块内存空间

引用的特性

引用在定义时必须初始化 (与普通变量不同)
⼀个变量可以有多个引用 (想、像前面代码的a、b、c、d)
引用⼀旦引用⼀个实体,再不能引用其他实体(专一性)

例:

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int a = 10;
	//int& ra;
	// 编译报错:“ra”: 必须初始化引用
	//正确引用
	int& b = a;
	//a,b共用一块内存空间
	int c = 20;
	b = c;
	// 不是让b引用c,因为C++引用不能改变指向
	// 这里是正常的赋值
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl;
	cout << &a << endl;
	cout << &b << endl;
	cout << &c << endl;
	return 0;
}

代码结果:

 引用的使用

引用在实践中主要是于 引用传参 引用做返回值 ,这样可以 减少拷贝提高效率 以及 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类似 ,引用传参相对更方便
引用传参:

#include<iostream>
using namespace std;
//引用传参
//x,y是a,b的别名
void Swap1(int& x, int& y)
{
	int tmp = x;
	x = y;;
	y = tmp;
}
//指针版本
void Swap2(int* x, int* y)
{
	int tmp = *x;
	*x = *y;
	*y = tmp;
}
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	Swap1(a, b);
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;

	int c = 1;
	int d = 2;
	Swap2(&c, &d);
	cout << "c = " << c << endl;
	cout << "d = " << d << endl;
	return 0;
}

引用返回值的场景相对比较复杂,后续类和对象我们会继续深入了解~
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++的引用跟其他计算机语言 的引用(如Java)是有很的的区别,除了用法,最大的区别点, C++引用定义后不能改变指向 (我们说 它具有专一性 ), Java的引用可以改变指向

知道了引用,我们来看看下面有趣的代码


#include<iostream>
using namespace std;

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

//LTNode就是结构体,这里PNode也就是一个指针变量——LTNode*类型
// 指针变量也可以取别名,LTNode*& phead就是给指针变量取别名
// 这样就不需要使用二级指针,简化了程序
// 转换过程
//void ListPushBack(LTNode** phead, int x)
//void ListPushBack(LTNode*& phead, int x)
void ListPushBack(PNode& phead, int x)
{
	PNode newnode = (PNode)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(1);
	}
	newnode->val = x;
	newnode->next = NULL;
	if (phead == NULL)
	{
		phead = newnode;
	}
	else
	{
		//...
	}
}

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

分析:

LTNode就是结构体,这里PNode也就是一个指针变量——LTNode*类型
指针变量也可以取别名,LTNode*& phead就是给指针变量取别名
这样就不需要使用二级指针,简化了程序
转换过程:
void ListPushBack(LTNode** phead, int x)
void ListPushBack(LTNode*& phead, int x)

void ListPushBack(PNode& phead, int x)

这样使用引用也就方便了很多,这也就是引用的妙处所在~

const引用

我们可以 引用⼀个const对象,但是必须用const引用(权限平移)
const引用也可以引用普通对象(权限缩小)——
对象的 访问权限在引用过程中可以缩小、平移 ,但是 权限不能放大 ,指针也是这样~
例:
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	const int a = 10;
	//int& ra = a;
	// 编译报错:error C2440: “初始化”: 无法从“const int”转换为“int &”
	// 这里引用是对a访问权限的放大
	
	//正确写法:权限平移(引用⼀个const对象,必须用const引用)
	const int& ra = a;
	//a++;
	// 编译报错:error  C3892: “a”: 不能给常量赋值
	//ra++;
	// 编译报错:error C3892: “ra”: 不能给常量赋值

	//正常的赋值拷贝,不涉及到权限的放大缩小
	int rra = a;
	rra++;
	
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "ra = " << ra << endl;
	cout << "rra = " << rra << endl;

	int b = 20;
	const int& rb = b;
	// 这里引用是对b访问权限的缩小
	// 编译报错:error C3892: “rb”: 不能给常量赋值
	//rb++;//rb const修饰
	b++;//正常,b没有被const修饰
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "rb = " << rb << endl;
	return 0;
}

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(不能被修改) ,所以这里 就触发了权限放大,必须要用常引用。
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,比如 类型转换,传值返回会产生临时对象

例:

#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;   //(a*3)结果保存在⼀个临时对象中,临时对象具有常性(不能被修改)
	//正确使用:const修饰
	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; //类型转换产生临时对象,临时对象具有常性(不能被修改)
	//正确使用:const修饰
	const int& rd = d;
	//不进行类型转换
	double& rdd = d;
	return 0;
}

指针和引用的关系

指针和引用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,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;
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8个字节)
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

我们来看看下面代码的反汇编:

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;

	int b = 100;
	int* rb = &b;
	return 0;
}

我们可以看到指针和引用汇编层是一样的,所以汇编指令层并没有引用的概念,上层引用的语法,在底层/汇编层依然是指针实现的~

nullptr

在C语言阶段,我们认为空指针是NULL,但是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,为了解决这个问题, 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, nullptr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
例:
#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);
	//调用f(int x)
	f(NULL);
	//我们认为NULL是空指针
	// 本想通过f(NULL)调用指针版本的f(int*)函数
	// 但是由于在C++中,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);
	// 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

	//正确调用指针版本:
	f((int*)NULL);//强制类型转换
    f(nullptr);//使用特殊关键字nullptr,nullptr可以转换成任意其他类型的指针类型
	return 0;
}

inline

使用inline修饰的函数叫做内联函数 ,编译时C++编译器会 在调用函数的地方展开内联函数 ,这样调用内联 函数就 不需要建立栈帧,进而提高效率
这与我们前面学习的使用宏函数是类似的,我们知道 C语言实现的宏函数也会在预处理进行替换展开 ,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就是为了替代C的宏函数。
#include<iostream>
using namespace std;
//使用宏定义一个函数
#define Add1(a,b) ((a)+(b))
//不加分号!!避免空语句和编译报错!!
//使用宏定义不要舍不得括号,考虑运算符优先级问题

inline int Add2(int a, int b)
{
	return a + b;
}
int main()
{
	//1.使用宏函数
	int ret1 = Add1(2, 3);
	cout << "a + b = " << ret1 << endl;
	//预处理进行宏替换
	//cout << "a + b = " << ((2)+(3)) << endl;

	//2.使用inline函数
	int ret2 = Add2(2, 3);
	cout << "a + b = " << ret2 << endl;
	return 0;
}
inline对于编译器而言只是⼀个建议, 是否展开inline 函数决定权在编译器手上 ,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 (一般情况下,10行以内),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,不会展开(如果展开,当多次使用的时候,代码量会很大~)
VS编译器 debug版本下面默认是不展开inline的 ,这样方便我们调试,debug版本想展开需要设置以下两个地方
1.我们进行了如果修改,那么反汇编就是下面的样子,没有call Add2语句,就是展开了inline函数~
2.不进行修改,有call Add2语句,就是没有展开了inline函数,去调用了Add2
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已经被展开,就没有函数地 址,链接时会出现报错。
例:
// 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(100);
	return 0;
}
正确使用:在头文件里面声明定义一起写
// F.h
#include <iostream>
using namespace std;

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

另外补充一点:

普通函数我们不能在头文件中就进行操作,因为这样当多个cpp文件包含这个头文件,经过预处理就会出现重定义的情况~编译器不知道使用哪一个就会报错~

例:

正确使用:使用 static 修饰普通函数


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