本章内容：

一、C++前言

1. 什么是C++

C语言是结构化和模块化的语言，适合处理较小规模的程序。对于复杂的问题，规模较大的程序，需要高度的抽象和建模时，C语言则不合适。为了解决软件危机， 20世纪80年代， 计算机界提出了OOP(objectoriented programming：面向对象)思想，支持面向对象的程序设计语言应运而生。1982年，Bjarne Stroustrup博士在C语言的基础上引入并扩充了面向对象的概念，发明了一种新的程序语言。为了表达该语言与C语言的渊源关系，命名为C++。因此：C++是基于C语言而产生的，它既可以进行C语言的过程化程序设计，又可以进行以抽象数据类型为特点的基于对象的程序设计，还可以进行面向对象的程序设计

2.C++的发展史

1979年，贝尔实验室的本贾尼等人试图分析unix内核的时候，试图将内核模块化，于是**在C语言的基础上进行扩展，增加了类的机制，完成了一个可以运行的预处理程序，称之为C with classes。**语言的发展就像是练功打怪升级一样，也是逐步递进，由浅入深的过程。我们先来看下C++的历史版本。

阶段	内容
C with classes	类及派生类、公有和私有成员、类的构造析构、友元、内联函数、赋值运算符重载等
C++1.0	添加虚函数概念，函数和运算符重载，引用、常量等
C++2.0	更加完善支持面向对象，新增保护成员、多重继承、对象的初始化、抽象类、静态成员以及const成员函数
C++3.0	进一步完善，引入模板，解决多重继承产生的二义性问题和相应构造和析构的处理
C++98	C++标准第一个版本，绝大多数编译器都支持，得到了国际标准化组织（ISO）和美国标准化协会认可，以模板方式重写C++标准库，引入了STL（标准模板库）
C++03	C++标准第二个版本，语言特性无大改变，主要∶修订错误、减少多异性
C++05	C++标准委员会发布了一份计数报告（Technical Report，TR1），正式更名C++0x，即∶计划在本世纪第一个10年的某个时间发布
C++11	增加了许多特性，使得C++更像一种新语言，比如∶正则表达式、基于范围for循环、auto关键字、新容器、列表初始化、标准线程库等
C++14	对C++11的扩展，主要是修复C++11中漏洞以及改进，比如∶泛型的lambda表达式，auto的返回值类型推导，二进制字面常量等
C++17	在C++11上做了一些小幅改进，增加了19个新特性，比如∶static_assert（）的文本信息可选，Fold表达式用于可变的模板，if和switch语句中的初始化器等

并且C++不止于此，还在持续的往后更新。

二、C++关键字

C++总计63个关键字：

C语言32个关键字：

三、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.

不使用命名空间，存在命名污染问题：

#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”

使用命名空间，改善命名污染问题：

1. 命名空间定义

格式：namespace +命名空间的名字+{} (不需要加";")

{}中都为命名空间内部的成员，不展开或暴露或者直接访问该命名空间的话，该命名空间里面的变量/函数/类型 等等都只局限于该命名空间，外面看不到。不过也可以通过直接显示域作用符 或 展开命名空间 或暴露 变量/函数/类型等 调用。

• 正常的命名空间定义

namespace lx
{
    // 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;
    };
}

• 命名空间可以嵌套定义

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

• 命名空间的合并

//同一个工程中允许存在多个相同名称的命名空间,编译器最后会合成同一个命名空间中
// 注：一个工程中的test.h和上面test.cpp中两个N1会被合并成一个
// test.h
namespace Lx
{
    int Mul(int left, int right)
    {
        return left * right;
    }
}
// test.cpp
namespace Lx
{
    int div(int left, int right)
    {
        return left * right;
    }
}


//合并之后
namespace Lx
{
    int Mul(int left, int right)
    {
        return left * right;
    }
    
    int div(int left, int right)
    {
        return left * right;
    }
}

2.命名空间的使用

• 错误的使用方法：

namespace bit
{
    // 命名空间中可以定义变量/函数/类型
    int a = 0;
    int b = 1;
    int Add(int left, int right)
    {
        return left + right;
    }
    struct Node
    {
        struct Node* next;
        int val;
    };
}
int main()
{
    // 编译报错：error C2065: “a”: 未声明的标识符
    printf("%d\n", a);
    return 0;
}

• 正确的使用方法：

2.1加命名空间名称及作用域限定符

符号“::”在C++中叫做作用域限定符，我们通过“命名空间名称::命名空间成员”便可以访问到命名空间中相应的成员。

格式：命名空间名称 ::命名空间成员

#include <stdio.h>
namespace Lx
{
    int a=1;
    int b=3;
}
int main()
{
    LX::a=2;
    printf("%d\n", N::a);//stdout: 2
    return 0; 
}

2.2使用using将命名空间中某个成员引入

#include <stdio.h>
namespace Lx
{
    int a=1;
    int b=3;
}
using Lx::a;

int main()
{
    b=4;
    printf("%d\n", b);//stdout: 4
    return 0; 
}

2.3**使用using namespace **命名空间名称 引入

#include <stdio.h>
namespace Lx
{
    int a=1;
    int b=3;
}
using namespace Lx;

int main()
{
    a=5;
    b=6;
    printf("%d %d\n", a,b);//stdout: 5 6
    return 0; 
}

四、C++输入&输出

#include<iostream>
// std是C++标准库的命名空间名，C++将标准库的定义实现都放到这个命名空间中
using namespace std;
int main()
{
 cout<<"Hello world!!!"<<endl;
 return 0;
}

• C语言中输入输出，我们第一个学的printf(“hello world\n”);就是输出，scanf(“%s”,&name);就是输入。需要包含头文件stdio.h

• 而C++中的输入是cin，输出是cout。cin和cout分别叫做标准输入和标准输出。用法是cin>>a;(向a中写入)。cout<<a;(输出a的值)。需要包含的头文件是iostream，并且还需要包含命名空间std-即using namespace std;

C++的输入和输出相交于C语言来说，优点是C++的输入和输出不需要格式的控制，而是编译器自动识别格式。如整形%d,字符串%s等等。C++的输入和输出都可以让编译器自动识别。

说明：

1. 使用cout标准输出对象**(控制台)和cin标准输入对象(键盘)时，必须包含< iostream >**头文件以及按命名空间使用方法使用std。

2. cout和cin是全局的流对象，endl是特殊的C++符号，表示换行输出，他们都包含在包含< iostream >头文件中。

3. **<<是流插入运算符，>>**是流提取运算符。

4. 使用C++输入输出更方便，不需要像printf/scanf输入输出时那样，需要手动控制格式。C++的输入输出可以自动识别变量类型。

5. 实际上cout和cin分别是ostream和istream类型的对象，>>和<<涉及运算符重载等知识。

展示：

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    int a;
    double b;
    char c;
    char str[20];
    cin>>a;//输入2
    cin>>b;//输入3.5
    cin>>c;//输入+
    cin>>str;//输入abcdef
    cout<<a<<endl;//输出2
    cout<<b<<endl;//输出3.5
    cout<<c<<endl;//输出+
    cout<<str<<endl;//输出abcdef
 	return 0;
}

注意：早期标准库将所有功能在全局域中实现，声明在.h后缀的头文件中，使用时只需包含对应头文件即可，后来将其实现在std命名空间下，为了和C头文件区分，也为了正确使用命名空间，规定C++头文件不带.h；旧编译器(vc 6.0)中还支持<iostream.h>格式，后续编译器已不支持，因此推荐使用**+std**的方式

五、缺省参数

1.缺省参数概念

缺省参数是指在声明或定义函数时，为函数的参数指定一个默认值。在调用该函数时，如果没有指定实参则采用该默认值，否则使用指定的实参。

#include <iostream>
using namespace std;
void getA(int A= 0)
{
	cout << A << endl;
}
int main()
{
	getA();//没有指定实参，使用参数的默认值 stdout:0
	getA(5);//指定了实参，使用指定的实参 stdout:5
	return 0;
}

2.缺省参数分类

• 全缺省参数

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

• 半缺省参数

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

注意：

1. 半缺省参数必须从右往左依次来给出，且不能间隔着给

void Func1(int a=5, int b, int c = 20)//错误，间隔着给了
{
    cout<<"a = "<<a<<endl;
    cout<<"b = "<<b<<endl;
    cout<<"c = "<<c<<endl;
}
void Func2(int a=20, int b = 10, int c)//错误，从左向右了
{
    cout<<"a = "<<a<<endl;
    cout<<"b = "<<b<<endl;
    cout<<"c = "<<c<<endl;
}

2. 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现

//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. 缺省值必须是常量或者全局变量

int N=5;
void Func3(int a, int b = N, int c=20)//正确
{
    cout<<"a = "<<a<<endl;
    cout<<"b = "<<b<<endl;
    cout<<"c = "<<c<<endl;
}


const int n=10;
void Func4(int a, int b = n, int c=20)//正确
{
    cout<<"a = "<<a<<endl;
    cout<<"b = "<<b<<endl;
    cout<<"c = "<<c<<endl;
}

4. C语言不支持（编译器不支持）

六、函数重载

自然语言中，一个词可以有多重含义，人们可以通过上下文来判断该词真实的含义，即该词被重载了。

比如：以前有一个笑话，国有两个体育项目大家根本不用看，也不用担心。一个是乒乓球，一个是男足。前者是“谁也赢不了！”，后者是“谁也赢不了！

1.函数重载的概念

函数重载是函数的一种特殊情况，C++允许在同一作用域中声明几个功能类似的同名函数，这些同名函数的形参列表必须不同。函数重载常用来处理实现功能类似，而数据类型不同的问题。

• 函数重载的必要条件：函数名相同。
• 函数重载的情况：1.参数类型不同。2.参数个数不同。3.参数类型的顺序不同。----总之，就是形参列表必须是不同的
• 注：若仅仅是返回值不同，是不能构成函数重载的。

#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;
}


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

2.函数重载的原理（名字修饰）

为什么C++支持函数重载，而C语言不支持函数重载呢？

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、编译、汇编、链接。

在.c文件编译预处理汇编完后生成的.o文件内有符号表，编译器根据符号表找到test.o文件在main.o文件中对应的函数。若没有找到对应的，则会报链接错误。

(符号表内部存储了函数修饰规则的修饰 ：对应的地址。链接的时候做的事情就是去符号表里面找对应的修饰规则的修饰，然后映射对应的地址，就可以找到对应的地址。然后将两个地址链接。)

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C语言编译器下，C语言：其中C语言的符号表修饰规则是，直接以函数名为标志。

Linux编译器下，C++(g++): 而C++中符号表的修饰规则是，以Z+函数长度+函数名+参数类型首字母为标志修饰的。

总结：

1.C++函数重载的原理，就是在形成符号表的时候，符号表的修饰规则是Z+函数长度+函数名+参数类型首字母为标志修饰。在函数名相同的情况下，只要参数的顺序 或者 个数 或者类型有变化，都会引起符号表里面对函数标识的不同，链接时链接的定义也不同。导致了可以存在两个函数名相同的函数，因为本质的标识是在符号表的标识，而不是函数名的标识。

2.C语言不能函数重载的原因，是因为不具有C++符号表的修饰规则，C语言的符号表修饰规则就直接是函数名，所以，不能存在两个相同函数名的函数，否则会报重定义错误。

3.extern “C”

由于C和C++编译器对函数名字修饰规则的不同，在有些场景下可能就会出问题，比如

1. C++中调用C语言实现的静态库或者动态库，反之亦然。

2. 多人协同开发时，有些人擅长用C语言，有些人擅长用C++

在这种混合模式下开发，由于C和C++编译器对函数名字修饰规则不同，可能就会导致链接失败，在该种场景下，就需要使用extern “C”。在函数前加extern “C”，意思是告诉编译器，将该函数按照C语言规则来编译。

//test.h
#include <iostream>
using namespace std;

#ifdef __cplusplus //编译器自行宏定义的一个宏，用于判别是否是C++工程.此处，如果是C++工程，则有_cplusplus被定义，则会执行extern "C"，表明括号内部是以C语言形式编译的代码。如果不是C++工程，则会跳过此处。
extern"C"
{
#endif
    int func1(int left, int right);
    int func2(int left, int right);
#ifdef __cplusplus 
}
#endif


//func.c
int func1(int left,int right)
{
    return left+right;
}
int func2(int left,int right)
{
    return left*right;
}

//main.c
 
//创建一个c++工程，使用上面程序编程工程的静态库
#include <iosrteam>
using name spacestd;

#pragma comment(lib, "./../Debug/CalcLib.lib")

int main()
{
    int ret1=func1(1,2);
    cout<<ret;
    int ret2=func2(2,3);
}

若上面的函数的声明没有用extern "C"来声明的话。test.h里面的函数声明是C++风格，而func.c里面的函数定义是C语言风格。两个文件在形成符号表时候的修饰规则不同，则会找不到双方来链接，会报链接错误（无法解析的外部命令）。

七、引用

1.引用概念

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。比如：李逵，在家称为"铁牛"，江湖上人称**“黑旋风”**。李逵，铁牛，黑旋风，都是指同一个人。

使用方式：类型& 引用变量名（对象名）=引用实体; 如：int b=&a; 此时b就是a，不论修改a还是修改b,两者都会发生变化。

void func()
{
	int a=1;
	int& b=a;
	printf("%d",a++);//stdout 1
	printf("%d",b);//stdout 2
}

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的。

2.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 test()
{
	int a=10;
    int b=5;
    //引用要初始化
    //int& rb;//error
    
    //引用一个实体后，不能再引用其他实体
    //int &ra =b;//error
    
    //一个变量可以有多个引用
    //int &rb=a;int &ra=a;
    
    //正确方法
    int& ra=a;
    int& raa=ra;
    ra++;
    printf("%d %d %d",a,ra,raa);//stdout 11 11 11
    raa++;
    printf("%d %d %d",a,ra,raa);//stdout 12 12 12
}

3.常引用

先了解两个概念，权限放大 和 权限缩小。（const是安全的，是权限小的，被限制的。非const是不安全的，是权限大的，没有被限制的。）

• 权限放大：用非const变量引用const变量。是不合法的。如：

const int a=10;
int& b=a;//error

• 权限缩小：用const变量引用非const变量。是合法的。如：

int a=10;
const int& b=a;//正确的

• 权限的平移

//非const引用非const
int a=10;
int& ra=a;//正确的

//const引用const
const int b=10;
const int rb=b;//正确的

下面是常见的错误:

voidTestConstRef()
{
    const int a=10;
    //int& ra = a;   // 该语句编译时会出错，a为常量,ra为非const，权限的放大
    const int&ra=a;
    // int& b = 10;  // 该语句编译时会出错，10为常量，b为非const，权限的放大
    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.使用场景

• 做参数

void func(int& a,int& b)
{
    return a+b;
}

• 做返回值

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

• 常见错误

#include <iostream>
using namespace std;

//错误
int& func1(int a,int b)
{
    int n=a+b;
    return n;
}

//错误
int func2(int a,int b)
{
    int n=a+b;
    return n;
}

//正确
int func3(int a,int b)
{
    int n=a+b;
    return n;
}


int main()
{
    int& ret1=func1(1,2);
    func1(2,3);
    cout<<ret1<<endl;
    
    int& ret2=func2(1,2);
    func2(2,3);
    cout<<ret2<<endl;
    
    //正确
    int ret2=func2(1,2);
    func2(2,3);
    cout<<ret2<<endl;
    
    return 0;
}

错误：

1. func1函数用了传引用返回，在出了函数之后,n就已经被销毁了，传引用返回的n对应的空间已经被系统给回收清理了或者刷新成随机值了，此时传引用返回的我们想要的n，其实已经不是我们的n了。会造成数据错误。且下一次再调用func1时，会重新生成一个n，和上次给ret传引用的随机空间不是同一个，所以下一次调用func1后，不会改变ret;
2. func2函数用了传值返回，在出了函数之后，n先拷贝一份临时变量，这份临时变量是const类型的。然后在外部用int& ret的非const类型的ret来引用接收，属于是权限的放大了，是不合法的。且下一次再调用func1时，会重新生成一个n，和上次给ret传引用的随机空间不是同一个，所以下一次调用func1后，不会改变ret;当然假设是同一个的空间的话，这也是权限的放大，还是不合法的。

总结：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。

5. 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，如参数或者返回值是结构体或者类等非常大的时候，效率就更低。

• 值和引用的作为参数类型的性能比较

#include <iostream>
#include <time.h>
using namespace std;
struct A { int a[10000]; };
void TestFunc1(A a) {}
void TestFunc2(A& a) {}
void TestRefAndValue()
{
    A a;
    // 以值作为函数参数
    size_t begin1 = clock();
    for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
        TestFunc1(a);
    size_t end1 = clock();
    // 以引用作为函数参数
    size_t begin2 = clock();
    for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
        TestFunc2(a);
    size_t end2 = clock();
    // 分别计算两个函数运行结束后的时间
    cout << "TestFunc1(A)-time:" << end1 - begin1 << endl;
    cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;
}
int main()
{
    TestRefAndValue();
    return 0;
}

• 值和引用的作为返回值类型的性能比较

#include <time.h>
struct A{ int a[10000]; };
A a;
// 值返回
A TestFunc1() { return a; }// 引用返回
A& TestFunc2() { return a; }
void TestReturnByRefOrValue() {
    // 以值作为函数的返回值类型
    size_t begin1=clock();
    for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
        TestFunc1();
    size_t end1 = clock();
    // 以引用作为函数的返回值类型
    size_t begin2 = clock();
    for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
        TestFunc2();
    size_t end2 = clock();
    // 计算两个函数运算完成之后的时间
    cout << "TestFunc1 time:" << end1 - begin1 << endl; cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;
}
int main()
{
    TestReturnByRefOrValue();
    return 0;
}

通过上述代码的比较，发现传值和指针在作为传参以及返回值类型上效率相差很大。

6.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。

int main()
{
    int a = 10;
    int& ra = a;//语法上，只是给a取了个别名，没有开空间

    a++;
    cout<<"&a = "<<&a<<endl;//stdout 11
    a++;
    cout<<"&ra = "<<&ra<<endl;//stdout 12
    
    
    int b=10;
    int* pb=&b;//语法上，给pb开了空间（32位下开4字节，64位下开8字节），用于存储b的地址
    
    b++;
    cout<<"b = "<<b<<endl;//stdout 11
    b++;
    cout<<"*pb = "<<*pb<<endl;//stdout 12
    return 0;
}

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。

int& ra=a;

int* pb=b;

我们可以发现，指针和引用的底层是完全一样的。但语法上不一样，引用不需要开辟空间，只是起别名。指针需要开辟空间，存取变量的地址。

• 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

注：指针和引用实现的本质都是一样的，都是传地址。只不过引用不需要开辟空间，而指针需要开辟空间。

八、内联函数

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。

注：在release模式下，由于编译器优化程度过大，难以查看对应的汇编指令。在debug模式下，编译器优化程度仍然过高，我们要稍加修饰和操作才可查看。（并且debug需要配置才查看的到内联展开，且只在合适的时候展开–代码过长不展开，代码较短则展开）

测试代码：

#include <iostream>
using namespace std;
int  Add1(int left, int right)
{
	return left + right;
}
inline int Add2(int left, int right)
{
	return left + right;
}
int main()
{

	cout << Add1(1, 2) << endl;
	cout << Add2(2, 3) << endl;

	return 0;
}

• 普通函数调用

• 内联函数调用

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、频繁调用的函数采用inline修饰，否则编译器会忽略inline特性。
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。

// test.h
#include <iostream>
using namespace std;
inline int func1(int left,int right);


//test.c
int func1(int left,int right)
{
    return left+right;
}

//main.c
#include "test.h"
int main()
{
    cout<<func1(1,2)<<endl;//error，会链接阶段报链接错误
    return 0;
}

3.宏、函数、内联函数

• 宏与函数优缺点

属性	#define定义宏	函数
代码长度	每次使用时，宏代码都会被插入到程序中。除了非常小的宏之外，程序的长度会大幅度增长	函数代码只出现于一个地方；每次使用这个函数时，都调用那个地方的同一份代码
执行速度	更快	存在函数的调用和返回的额外开销，所以相对慢一些
操作符优先级	宏参数的求值是在所有周围表达式的上下文环境里，除非加上括号，否则邻近操作符的优先级可能会产生不可预料的后果，所以建议宏在书写的时候多些括号。	函数参数只在函数调用的时候求值一次，它的结果值传递给函数。表达式的求值结果更容易预测。
带有副作用的参数	参数可能被替换到宏体中的多个位置，所以带有副作用的参数求值可能会产生不可预料的结果（如:a++;b–;这些在使用后会改变自身的，就是副作用参数）	函数参数只在传参的时候求值一次，结果更容易控制
参数类型	宏的参数与类型无关，只要对参数的操作是合法的，它就可以使用于任何参数类型	函数的参数是与类型有关的，如果参数的类型不同，就需要不同的函数，即使他们执行的任务是不同的。
调试	宏是不方便调试的	函数是可以逐语句调试的
递归	宏是不能递归的	函数是可以递归的
可复用性	好	较好
可维护性	差	好

• 内联函数

既弥补了宏的缺点，又兼具了宏的优点。所以C++中可以用内联函数来代替宏。内联函数只适用于短小代码，长代码其不会展开为内联，因为代码展开次数过多会导致程序的代码过长，也会拖慢程序。

1. 常量定义换用const enum

2. 短小函数定义换用内联函数

九、auto关键字(C++11)

随着程序越来越复杂，程序中用到的类型也越来越复杂，经常体现在：

1. 类型难于拼写

2. 含义不明确导致容易出错

#include <string>
#include <map>
int main()
{
    std::map<std::string, std::string> m{ { "apple", "苹果" }, { "orange", "橙子" }, 
                                         {"pear","梨"} };
    std::map<std::string, std::string>::iterator it = m.begin();
    while (it != m.end())
    {
        //....
    }
    return 0;
}

• 解决方法一：typedef

#include <string>
#include <map>
typedef std::map<std::string, std::string> Map;
int main()
{
 Map m{ { "apple", "苹果" },{ "orange", "橙子" }, {"pear","梨"} };
 Map::iterator it = m.begin();
 while (it != m.end())
 {
 //....
 }
 return 0;
}

存在问题：在编程时，常常需要把表达式的值赋值给变量，这就要求在声明变量的时候清楚地知道表达式的类型，而系统内部的typedef我们是比较难以知道的。然而有时候要做到这点并非那么容易，因此C++11给auto赋予了新的含义。

• 解决方法二：auto关键字

#include <string>
#include <map>
typedef std::map<std::string, std::string> Map;
int main()
{
 auto m{ { "apple", "苹果" },{ "orange", "橙子" }, {"pear","梨"} };//会自动根据类型进行推导
 auto it = m.begin();//会自动根据类型进行推导
 while (it != m.end())
 {
 //....
 }
 return 0;
}

1. auto简介

在早期的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。
 在C++11中，标准委员会赋予了auto全新的含义：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。

float TestAuto()
{
 return 3.14;
}
int main()
{
 int a = 10;
 auto b = a;
 auto c = 'a';
 auto d = TestAuto();
 
 //typeid()是一个存储有传入参数类型的对象
 //typeid().name()可以获取传入类型参数的类型，通常用于识别参数类型
 cout << typeid(b).name() << endl;//stdout int
 cout << typeid(c).name() << endl;//stdout char
 cout << typeid(d).name() << endl;//stdout float
 
 //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，而是一个类型声明的“占位符”，编译器在编译期会将auto替换为变量实际的类型。

2.auto的使用细则

1. auto与指针和引用结合起来使用

用auto声明指针类型时，用auto和auto*没有任何区别，但用auto声明引用类型时必须加&，否则auto出来的变量就是普通变量，而不是引用的变量。

int main()
{
 int x = 10;
 auto a = &x;
 auto* b = &x;
 auto& c = x;
 cout << typeid(a).name() << endl;//stdout int*
 cout << typeid(b).name() << endl;//stdout int*
 cout << typeid(c).name() << endl;//stdout int
 *a = 20;
 *b = 30;
 c = 40;
 return 0;
}

2. 在同一行定义多个变量

当在同一行声明多个变量时，这些变量必须是相同的类型，否则编译器将会报错，因为编译器实际只对第一个类型进行推导，然后用推导出来的类型定义其他变量。

void TestAuto()
{
    auto a = 1, b = 2; 
    auto c = 3, d = 4.0; // 该行代码会编译失败，因为c和d的初始化表达式类型不同
}

3.auto不能推导的场景

1. auto不能作为函数的参数

// 此处代码编译失败，auto不能作为形参类型，因为编译器无法对a的实际类型进行推导
void TestAuto(auto a)
{}

2. auto不能直接用来声明数组

void TestAuto()
{
 int a[] = {1,2,3};
 auto b[] = {4，5，6};
}

3. 为了避免与C++98中的auto发生混淆，C++11只保留了auto作为类型指示符的用法
4. auto在实际中最常见的优势用法就是跟以后会讲到的C++11提供的新式for循环，还有lambda表达式等进行配合使用。

十、基于范围的for循环(C++11)

1. 范围for的语法

在C++98中如果要遍历一个数组，可以按照以下方式进行

int arr[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
	//[]法 将数组元素值全部乘以2
	for (int i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
	{
		arr[i] *= 2;
	}
	//指针法 打印数组中的所有元素
	for (int* p = array; p < array + sizeof(array)/ sizeof(array[0]);  ++p)
        cout << *p << endl;

	cout << endl;

以上这些方法都可以遍历一个数组，那么还有更简单的方法吗？有，那就是范围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 };
    //范围for 将数组元素都乘以2
    for(auto& e : array)//这里的e因为是引用变量，所以每次的e就是数组里元素的别名，如果e不是引用变量的话，则无法用范围for修改数组的元素
        e *= 2;

    //范围for 打印数组
    for(auto e : array)
        cout << e << " ";

    return 0;
}

注意：与普通循环类似，可以用continue来结束本次循环，也可以用break来跳出整个循环

2.范围fo的使用条件

1. for循环迭代的范围必须是确定的

对于数组而言，就是数组中第一个元素和最后一个元素的范围；对于类而言，应该提供begin和end的方法，begin和end就是for循环迭代的范围。

注意：以下代码就有问题，因为for的范围不确定

void TestFor(int array[])//由于传进来的是数组，但是接收的实际上是指针，指针只能够知道传进来数组的起始地址，但是不能知道传进来数组的大小
{
    for(auto& e : array)
        cout<< e <<endl;
}

2. 迭代的对象要实现++和==的操作。因为范围for底层就是封装了++和–。内置类型对象和部分已有自定义类型对象编译器语言已经提供了++和–。如果是自己实现的对象，要使用范围for，就得自己先实现该对象的++和–。

十一、指针空值nullptr(C++11)

1. C++98中的指针空值

在良好的C/C++编程习惯中，声明一个变量时最好给该变量一个合适的初始值，否则可能会出现不可预料的错误，比如未初始化的指针。如果一个指针没有合法的指向，我们基本都是按照如下方式对其进行初始化：

void TestPtr()
{
    int* p1 = NULL;//初始化，NULL的值其实就是0
    int* p2 = 0;

    // ……
}

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

可以看到，NULL可能被定义为字面常量0，或者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，比如:

void f(int)
{
    cout<<"f(int)"<<endl;
}
void f(int*)
{
    cout<<"f(int*)"<<endl;
}
int main()
{
    f(0);
    f(NULL);
    f((int*)NULL);
    return 0;
}

程序本意是想通过f(NULL)调用指针版本的f(int*)函数，但是由于NULL被定义成0，而调用的是fun(int)函数了，因此与程序的初衷相悖。

在C++98中，字面常量0既可以是一个整形数字，也可以是无类型的指针(void*)常量，但是编译器默认情况下将其看成是一个整形常量，如果要将其按照指针方式来使用，必须对其进行强转(void *)0。

NULL:

C语言下被定义为值0，C++下被定义为(void*)0。函数重载的时候可能会出现问题。

nullptr:

将C语言中(void*)0的NULL单独拎出来变成了nullptr;，只是(void *)0类型，函数重载的时候不会出现问题。

注意：

1. 在使用nullptr表示指针空值时，不需要包含头文件，因为nullptr是C++11作为新关键字引入的。

2. *在C++11中，sizeof(nullptr)与sizeof((void )0)所占的字节数相同。

3. 为了提高代码的健壮性，在后续表示指针空值时建议最好使用nullptr。