1. 前言

C++是在C的基础之上，容纳进去了面向对象编程思想，并增加了许多有用的库，以及编程范式
等。熟悉C语言之后，对C++学习有一定的帮助。
本博客目标：

1.补充C语言语法的不足，以及C++是如何对C语言设计不合理的地方进行优化的，比如：作用域方面、IO方面、函数方面、指针方面、宏方面等。
2.为后续类和对象学习打基础。

2. 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。

命名冲突：
编译后后报错：error C2365: “rand”: 重定义；以前的定义是“函数”

//命名冲突
int rand = 0;

int main()
{
	printf("%d\n", rand);
	return 0;
}

2.1 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。

命名空间有三种定义方式：
1.正常的命名空间定义
2.嵌套定义命名空间
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。

//1.正常的命名空间定义
namespace usp
{
	//命名空间中可以定义变量/函数/类型
	int rand = 0;

	int Add(int x, int y)
	{
		return x + y;
	}

	struct TreeNode
	{
		struct TreeNode* left;
		struct TreeNode* right;
		int val;
	};
}


//2.命名空间可以嵌套
namespace awp
{
	namespace usp
	{
		//命名空间中可以定义变量/函数/类型
		int rand = 0;
		
		int x = 10;

		int Add(int x, int y)
		{
			return x + y;
		}

		struct TreeNode
		{
			struct TreeNode* left;
			struct TreeNode* right;
			int val;
		};
	}
}

注意：

一个命名空间就定义了一个新的作用域，命名空间中的所有内容都局限于该命名空间中。

2.2 命名空间使用

命名空间有三种使用方法：

1.加命名空间名称及作用域限定符
2.使用using将命名空间中某个成员引入
3.使用using namespace 命名空间名称引入

//2.使用using将命名空间中某个成员引入
using awp::usp::x;

//3.使用using namespace 命名空间名称 引入
using namespace awp::usp;

int main()
{
	//1.加命名空间名称及作用域限定符
	printf("%d ", awp::usp::x);

	//2.
	printf("%d ", x);

	//3.
	printf("%d ", x);
	return 0;
}

3. C++的输入输出

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。

#include <iostream.>

//using std::cout;
//using std::endl;
using namespace std;

int main()
{
	//std::cout << "hello world" << std::endl;

	// << 是流插入运算符
	//cout << "hello world" << endl;

	//自动识别类型
	int i = 1;
	double d = 1.11;
	
	//输出
	//printf("%d,%lf\n", i, d);
	//cout << i << "," << d << endl;

	//输入
	scanf("%d %lf", &i, &d);
	printf("%d,%lf\n", i, d);
	// >> 是流提取运算符
	cin >> i >> d;
	cout << i << "," << d << endl;

	return 0;
}

4. 缺省参数

4.1 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。

void Func(int a = 10)
{
	cout << a << endl;
}

int main()
{
	Func();//没有传参时，使用参数的缺省值
	Func(20);//传参时，使用指定的实参
	return 0;
}

4.2 缺省参数分类

缺省参数分为全缺省参数和半缺省参数两类

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;
	cout << endl;
}

int main()
{
	Func();
	Func(1);
	Func(1, 2);//从左往右来给
	Func(1, 2, 3);
	//Func(, , 1);//不支持
	return 0;
}

半缺省参数：

void Func(int a, int b = 20, int c = 30)//从右往左连续给出半缺省参数，不能间隔
{
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl;
	cout << endl;
}

int main()
{
	//Func();//错误，a没有指定缺省值，必须传参数
	Func(1);
	Func(1,2);
	return 0;
}

注意：

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，分离定义时，声明中给缺省参数
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）

5. 函数重载

5.1 函数重载概念

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(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。
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

//1.参数类型不同
int Add(int a, int b)
{
	return a + b;
}

double Add(double a, double b)
{
	return a + b;
}

int main()
{
	int a = 10, b = 20;
	double c = 1.1, d = 2.2;
	cout << Add(a, b) << endl;
	cout << Add(c, d) << endl;
	return 0;
}

//2.参数个数不同
void Func()
{
	cout << "Func()" << endl;
}

void Func(int a)
{
	cout << "Func(int a)" << endl;
}

int main()
{
	Func();
	Func(1);
	return 0;
}

//3.参数类型顺序不同
void Func(int a, double b)
{
	cout << "Func(int a, double b)" << endl;
}

void Func(double b, int a)
{
	cout << "Func(double b, int a)" << endl;
}

int main()
{
	Func(1, 2.2);
	Func(2.2, 1);
	return 0;
}

5.2 C++支持函数重载的原理——名字修饰

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
1.实际项目通常是由多个头文件和多个源文件构成，假设当前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。
2.所以链接阶段就是专门处理这种问题，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，然后链接到一起。
3.那么链接时，面对Add函数，链接接器会使用哪个名字去找呢？这里每个编译器都有自己的函数名修饰规则。
4.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】。
在linux下，采用gcc编译完成后，函数名字的修饰没有发生改变。
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。
5.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。
6.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。

6. 引用

6.1 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。

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

6.2 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

int main()
{
	int a = 10;
	int x = 20;
	int& b = a;//引用在定义时必须初始化
	int& c = a;
	int& d = b;//一个变量可以有多个引用
	//d = 20;
	//int& d = x;//错误，引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体
	d = x;//赋值
	cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl;
	return 0;
}

6.3 常引用

//常引用

int main()
{

	int a = 10;
	int& b = a;

	const int c = 10;
	//int& d = c;//错误，权限不能放大
	const int& d = c;

	
	int e = 10;
	const int& f = e;//权限可以缩小

	return 0;
}

6.4 引用的使用场景

引用有俩种使用场景：1.做参数，2.做返回值

做参数：

//1.做参数 -- a、输出型参数 b、大对象传参，提高效率
void Swap(int& x, int& y)
{
	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}

//void Swap(int* x, int* y)
//{
//	int tmp = *x;
//	*x = *y;
//	*y = tmp;
//}

int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	//Swap(&a, &b);
	Swap(a, b);
	cout << "a = " << a << " " << "b = " << b << endl;
	return 0;
}

做返回值：
返回值有俩种方法：1.传值返回，2.传引用返回，我们先来看看俩者的区别。

传值返回 – 生成一个返回对象的拷贝作为函数调用的返回值
传引用返回 – 引用返回的语法含义是，返回返回对象的别名

//2.做返回值 -- a、输出型返回对象，调用者可以修改返回对象  b、减少拷贝，提高效率
传值返回 -- 生成一个返回对象的拷贝作为函数调用的返回值
int Count()
{
	int n = 0;
	n++;
	return n;
}

int main()
{
	int ret = Count();
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

//传引用返回 -- 引用返回的语法含义是，返回返回对象的别名
int& Count()
{
	int n = 0;
	n++;
	return n;
}

int main()
{
	int ret = Count();//ret的结果是未定义的，如果在栈帧结束时，系统清理栈帧设置成了随机值，那么这里ret的结果就是随机值
	//这里使用引用返回本质上是不对的，结果是没有保障的
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

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

int main()
{
	int& ret = Count();
	cout << ret << endl;//1
	cout << ret << endl;//随机值
	//出了函数作用域，返回对象就销毁了，这里就一定不能用引用返回，只能用传值返回
	return 0;
}

从上面代码分析，我们可以知道，如果出了函数作用域，返回对象就被销毁的情况，就一定不能用传引用返回，一定要传值返回。如果出了函数作用域，返回对象没有被销毁的情况，就能够使用传引用返回。
正确代码如下：

//正确使用场景
int& Count()
{
	static int n = 0;//出了函数作用域，n是一个静态变量，没有被销毁
	n++;
	return n;
}

int main()
{
	int& ret = Count();
	cout << ret << endl;//1
	cout << ret << endl;//1
	cout << ret << endl;//1
	return 0;
}

6.5 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。而指针开辟4或8个字节的空间。
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。

指针更强大，更危险，更复杂
引用相对局限一些，更安全，更简单

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

7. 内联函数

学习内联函数之前，我们先来回顾一下C语言中宏的优缺点。

宏的优缺点
优点：
1.增强代码的复用性。
2.提高性能，减少栈帧创建。
缺点：
1.不方便调试宏，因为预编译阶段进行了替换。
2.导致代码可读性差，可维护性差，容易误用。
3.没有类型安全的检查。

宏的优点和缺点都很突出，为了方便使用，C++中有以下方式来替代宏：

1.常量定义：换用const、enum
2.短小函数定义：换用内联函数

7.1 内联函数概念

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。

函数创建栈帧：

内联函数不创建栈帧：

7.2 内联函数特性

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(即如果展开，函数内部实现代码指令长度较小)、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。
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。

8. auto关键字

8.1 auto关键字概念

auto关键字的功能是自动推导类型，一般在俩种情况下使用：1.类型难于拼写，2.含义不明确导致容易出错。

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替换位变量实际的类型。

double TestAuto()
{
	return 1.1;
}

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;

	 //类型比较长的时候，auto自动推导
	std::map<std::string, std::string> dict;
	//std::map<std::string, std::string>::iterator it = dict.begin();
	auto it = dict.begin();

	return 0;
}

8.2 auto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声明引用类型时则必须加&

int main()
{
	int a = 10;
	auto b = a;
	auto* c = &a;//int* 强调一定要传指针，这里auto也可以不加*，结果是一样的，加*起强调作用
	auto& d = a;//int 强调d是一个引用

	cout << typeid(b).name() << endl;
	cout << typeid(c).name() << endl;
	cout << typeid(d).name() << endl;

	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。

int main()
{
	auto a = 1, b = 2;
	//auto c = 1.1, d = 1;//报错，因为c和d的初始化表达式类型不同
	return 0;
}

注意俩种auto不能推导的场景：

1.auto不能作为函数的参数
2.auto不能直接用来声明数组

9. 基于范围的for循环

9.1 范围for的定义

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。
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。

int main()
{
	int a[] = { 1,2,3,4,5 };
	//自动依次取a的数据，赋值给e
	//自动迭代，自动判断结束
	for (auto e : a)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	for (auto& e : a)
	{
		e++;
		cout << e << " ";
	}

	return 0;
}

9.2 范围for的使用条件

范围for的使用有俩个条件限制：

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。
2.迭代的对象要实现++和==的操作。

10. 指针空值nullptr

以前在C语言中，我们创建一个指针变量通常会将它初始化为NULL，但NULL实际是一个宏,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。所以这就会导致我们遇到一些不必要的麻烦。所以在C++11中引入了一个新的关键字nullptr。

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。

11. 结尾

C++相比C语言，增加了许多库以及许多关键字等，用来优化C语言和弥补C语言语法不足的地方。这些知识都是后续C++必学的内容，希望本篇博客能给C++初学者一些指引，也方便博主日后复习，巩固知识点。
最后，感谢各位大佬的耐心阅读和支持，觉得本篇文章写的不错的朋友可以三连关注支持一波，如果有什么问题或者本文有错误的地方大家可以私信我，也可以在评论区留言讨论，再次感谢各位。