初识C++需要了解的一些东西（1）

news2024/9/23 1:26:50

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目录

  • 🥇命名空间
    • 🏅存在原因
    • 🏵命名空间定义
    • 🎧命名空间的3种使用方式
  • 🏆C++输入和输出
  • 🌝缺省参数
    • 🌜缺省参数概念
    • ⭐️缺省参数分类
  • ☀️函数重载
  • 🔥引用
    • 🌚引用概念
    • 🌓引用语法
    • 🧩引用特性
    • 🚧常引用
    • 🚏使用场景
    • ⚡️传值、传引用效率比较
    • 💧值和引用的作为返回值类型的性能比较
    • ⛄️引用和指针的区别
  • ⭐️总结

🥇命名空间

🏅存在原因

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”

🏵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。

// 1. 正常的命名空间定义
namespace Q
{
 // 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;
 };
}
//2. 命名空间可以嵌套
// test.cpp
namespace N1
{
	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;
     	}
 	}
}
//3. 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。
// ps：一个工程中的test.h和上面test.cpp中两个N1会被合并成一个(因此两个命名空间也不能定义相同的变量)
// test.h
namespace N1
{
	int Mul(int left, int right)
 	{
     	return left * right;
 	}
}

🎧命名空间的3种使用方式

  • 加命名空间名称及作用域限定符
namespace N
{
	int a = 1;
}
int main()
{
    printf("%d\n", N::a);
    return 0;    
}

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  • 使用using将命名空间中某个成员引入
namespace N
{
	int a = 1;
    int b = 2;
}
using N::b;
int main()
{
    printf("%d\n", N::a);
    printf("%d\n", b);
    return 0;    
}

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  • 使用using namespace 命名空间名称引入
namespace N
{
    int a = 1;
    int b = 2;
    void Add(int a, int b)
    {
        printf("%d\n", a + b);
    }
}
using namespace N;
int main()
{
    printf("%d\n", N::a);
    printf("%d\n", b);
    Add(10, 20);
    return 0;
}

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🏆C++输入和输出

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。如下代码：

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	cout<<"Hello world!!!"<<endl;
	return 0;
}

说明：

  • 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。
  • 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。
  • <<是流插入运算符，>>是流提取运算符。
  • 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
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
   int a;
   double b;
   char c;
     
   // 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;
}

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std命名空间的使用惯例：

std是C++标准库的命名空间，如何展开std使用更合理呢？

  • 在日常练习中，直接using namespace std即可，这样就很方便。
  • using namespace std展开，标准库就全部暴露出来了，如果我们定义跟库重名的类型/对象/函数，就存在冲突问题。该问题在日常练习中很少出现，但是项目开发中代码较多、规模大，就很容易出现。
  • 所以建议在项目开发中使用像std::cout这样使用时指定命名空间和using std::cout展开常用的库对象/类型等方式。

🌝缺省参数

🌜缺省参数概念

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。

ps:之前听到一位老师说过一个非常贴切的比喻，就说这个缺省参数就像是一只舔狗，当我需要你的时候，你就赶紧过来，当我不需要你的时候，你就一边去吧你。（所以说咱们不要当舔狗啊兄弟们！！！）

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;
}

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⭐️缺省参数分类

  • 全缺省参数
using namespace std;
void Func(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl;
}
int main()
{
	Func();     
	return 0;
}

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  • 半缺省参数
using namespace std;
void Func(int a, int b = 20, int c = 30)
{
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl;
}
int main()
{
	Func(10);     
	return 0;
}

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注意:

  • 缺省参数必须从右往左依次来给出，不能间隔着给
  • 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现
  • 缺省值必须是常量或者全局变量
  • 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：如果声明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。

☀️函数重载

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(参数个数或类型或类型顺序)不同，常用来处理实现功能类似数据类型不同的问题。

#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;
}

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🔥引用

🌚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。

🌓引用语法

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；
注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的

#include <iostream>
using namespace std;
void TestRef()
{
    int a = 10;
    int& ra = a;//<====定义引用类型
    printf("%p\n", &a);
    printf("%p\n", &ra);
}
int main()
{
    TestRef();
    return 0;
}

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🧩引用特性

  • 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>
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);
}
int main()
{
    TestRef();
    return 0;
}

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🚧常引用

权限可以缩小和平移，但是不能扩大。

using namespace std;
void TestConstRef()
{
    //权限扩大错误
    const int a = 10;
    //int& ra = a;   // 该语句编译时会出错，a为const修饰的常变量
    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;
    cout << "a = "<< a << endl << "ra = " << ra << endl;
    cout << "d = " << d << endl << "rd = " << rd << endl;
}

int main()
{
    TestConstRef();
    return 0;
}

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🚏使用场景

  • 做参数
    做参数可以省去传地址
using namespace std;
void Swap(int& left, int& right)
{
    int temp = left;
    left = right;
    right = temp;
}
int main()
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    Swap(a, b);
    //Swap(&a, &b);
    cout << "a = " << a << endl;
    cout << "b = " << b << endl;
    return 0;
}

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  • 做返回值
int& Count()
{
    static int n = 0;
    n++;
    return n;
}
int main()
{
    int ret = Count();
    cout << ret;
    return 0;
}

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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。

错误示范:

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;
}

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⚡️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。

#include <iostream>
using namespace std;
#include <time.h>
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;
}

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💧值和引用的作为返回值类型的性能比较

#include <iostream>
using namespace std;
#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;
}

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通过上述代码的比较，可以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。

⛄️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。

int main()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;
	ra = 20;
	int* pa = &a;
	*pa = 20;
	return 0;
}

运行上面的代码，对比引用和指针的汇编代码

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引用和指针的不同点:

  • 引用概念上定义一个变量的别名，指针存储一个变量地址。
  • 引用在定义时必须初始化，指针没有要求
  • 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
  • 没有NULL引用，但有NULL指针
  • 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,64位平台占8个字节)
  • 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
  • 有多级指针，但是没有多级引用
  • 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
  • 引用比指针使用起来相对更安全

⭐️总结

本篇博客主要对C++的一些入门必备知识点进行归纳总结介绍，希望可以帮助到准备学习C++的同学，由于作者水平有限，写作途中难免会有一些纰漏，还望大家多多包涵指正。
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