文章目录
- 1. C++关键字(C++98)💚
- 2. 命名空间🤎
- 2.1 命名空间定义
- 2.2命名空间的使用
- 3. C++输入/输出🖤
- 4.缺省参数💙
- 4.1 缺省参数概念
- 4.2 缺省参数分类
- 5. 函数重载❤️
- 5.1 函数重载的概念
- 5.2 C++支持函数重载的原理
- 6. 引用💜
- 6.1 引用概念
- 6.2 引用特性
- 6.3 常引用
- 6.4 引用的使用场景
- 6.5 指针和引用的区别
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。
本章的主要目标：
- 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 - 为后面的面向对象打基础‘
1. C++关键字(C++98)💚
C++总共有63个关键字，C语言有32个关键字
ps:下面是C++98的关键字，我们不做讲解，以后会细讲
C语言也存在的关键字框起来了
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
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。
namespace bit
{
//名称空间中可以定义变量，也可以定义函数、类...
int rand = 10;
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
struct Node
{
int val;
struct Node* next;
};
}
//名称空间可以嵌套定义
namespace N1
{
int a = 1;
int b = 2;
int Add(int i, int j)
{
return i + j;
}
namespace N2
{
int c = 3;
int d = 4;
int Sub(int i, int j)
{
return i - j;
}
}
}
/*这是另外一个文件*/
//不同文件的名称空间名字相同会合并名称空间
//namespace.h中的N2空间会和test.c中的N2空间合并
namespace N1
{
int Mul(int a, int b)
{
return a * b;
}
}
}
2.2命名空间的使用
- 可以通过
::操作符来指定该使用哪个命名空间的变量
//名称空间的使用
int main()
{
//可以通过::来使用bit空间中的rand
printf("%d\n", bit::rand);
return 0;
}
- 通过
using编译指令引入某个命名空间的变量
int main()
{
//可以通过::来使用bit空间中的rand
using bit::rand;
printf("%d\n", rand);
return 0;
}
3. 通过using namespace将整个命名空间引入
int main()
{
//可以通过using语句来限定使用的名称空间
using namespace N1;
printf("a=%d\n", a);
printf("b=%d\n", b);
printf("Add(a,b)=%d\n", Add(a, b));
printf("Mul(a,b)=%d\n", Mul(a, b));
//必须调用在名称空间N1中才能使用名称空间N2
using namespace N2;
printf("c=%d\n", c);
printf("d=%d\n", d);
printf("Sub(c,d)=%d\n", Sub(c, d));
return 0;
}
3. C++输入/输出🖤
C++兼容C，所以可以引入C标准库stdio.h使用C的标准输入输出函数进行输出输出，但是C++也存在自己独有的输出输出方式，下面来看一下C++是如何实现的
//C++输入输出
//引出C++标准输出输出文件
#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()
{
int n;
cin >> n;
for (int i = 0; i < n; i++)
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，必须包含头文件< iostream >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。
- 实际上cout和cin分别是ostream和istream类型的对象，>>和<<也涉及运算符重载等知识，这些知识我们我们后续才会学习，所以我们这里只是简单学习他们的使用。后面我们还有有一个章节更深入的学习IO流用法及原理
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
int a;
double b;
char c;
// 可以自动识别变量的类型(将从键盘输入的字符经过计算转换为所需要的类型)
cin >> a;
cin >> b >> c;
cout << a << endl;
cout << b << " " << c << endl;
return 0;
}
关于cin和cout还有很多特殊的用法，比如控制输入输出格式，这里不详细展开
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，建议直接using namespace std即可，这样就很方便。
- 项目开发中使用，像
std::cout这样使用时指定命名空间或者using std::cout展开常用的库对象/类型等方式。可以防止自定义变量/函数/对象和库中的重名
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
using namespace std;
//缺省参数
void Fun(int a = 10)
{
cout << "a=" << a << endl;
}
int main()
{
Fun(1);//a=1
Fun(2);//a=2
Fun();//使用缺省参数a=10
return 0;
}
4.2 缺省参数分类
- 全缺省参数
//全缺省参数
void Fun(int a = 10, int b = 20, int c = 30)//设置a,b,c的缺省值
{
cout << "a=" << a << " ";
cout << "b=" << b << " ";
cout << "c=" << c << " ";
cout << endl;
}
int main()
{
Fun();//a,b,c使用缺省值
Fun(1);//b,c使用缺省值，a使用实参
Fun(1, 2);//c使用缺省值，a,b使用实参
Fun(1, 2, 3);//a,b,c使用实参
return 0;
}
- 半缺省参数
//半缺省参数
void Fun(int a, int b = 20, int c = 30)//设置b,c的缺省值
{
cout << "a=" << a << " ";
cout << "b=" << b << " ";
cout << "c=" << c << " ";
cout << endl;
}
int main()
{
Fun(1);//b,c使用缺省值，a使用实参
Fun(1, 2);//c使用缺省值，a,b使用实参
Fun(1, 2, 3);//a,b,c使用实参
return 0;
}
注意：
- 半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(编译期不知道使用哪个的缺省参数)，通常缺省参数在函数声明时给出来
- 缺省值必须是常量或者全局变量
5. 函数重载❤️
5.1 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(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。
//函数重载
//参数类型不同
int Add(int left, int right)
{
cout << "Add(int left, int right)\n";
return left + right;
}
double Add(double left, int right)
{
cout << "Add(double left, int right)\n";
return left + right;
}
//参数个数不同
int Add(int left, int mid, int right)
{
cout << "Add(int left, int mid, int right)\n";
return left + mid + right;
}
//参数类型顺序不同
double Add(int left, double right)
{
cout << "Add(int left, double right)\n";
return left + right;
}
int main()
{
Add(1, 2);
Add(1.1, 2);
Add(1, 1.1);
Add(1, 2, 3);
return 0;
}
注意:
函数支持重载必须是相同的函数名拥有不同的形参列表，和返回值没有任何关系，如果有不同的形参列表，那么编译器调用函数时可以根据实参调用对应匹配的重载函数。
5.2 C++支持函数重载的原理
原因：C++编译器在编译期间会对函数名进行修饰，修饰之后的名字中有关于函数名、函数参数列表的信息，而重载的函数参数列表是不同的，所以在之后的链接过程中可以根据调用重载函数的参数列表执行对应的函数。C编译器修饰过的函数名不包含参数列表信息，所以在C程序中构造重载函数，在编译期间就会报错，因为编译器认为重载函数和原函数是一个函数因为它们在C编译器上修饰后的名字是一样的。
下面是gcc编译器对C函数名的修饰
可以发现gcc编译器对函数名几乎没做任何修饰
下面是g++编译器对C++函数名的修饰
g++编译器修饰后的函数名中包含了参数列表的信息
总结：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. 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& 别名 = 引用实体
//引用
int main()
{
int a = 1;
int& ra = a;//ra是a的一个别名，共用同一块空间
cout << &a << endl;
cout << &ra << endl;
return 0;
}
warnings:引用类型必须和实体类型是一致的！！
6.2 引用特性
- 引用必须在定义时初始化
- 一个变量可以有多个引用(别名)
- 每个引用只能绑定一个实体，一旦绑定不可以更改
//引用特性
int main()
{
//定义时初始化
int a = 10;
int b = 20;
//int& ra;//报错
int& ra = a;
ra = b;//不是让ra绑定b，而是将b的数据赋给ra
//一个变量可以有多个引用
int& ra2 = a;
cout << a << " " << ra << " " << ra2 << endl;
return 0;
}
6.3 常引用
绑定对象具有常属性的引用称为常引用👇
int main()
{
int a = 10;
int& ra = a;//ra是非常引用
const int b = 20;//b是常量，具有常属性
const int& rb = b;//rb是常引用
return 0;
}
❗常引用可以绑定常量或变量，但是常量只能被常引用绑定❗
int main()
{
int a = 10;
const int& ra = a;//合法：常引用可以绑定变量
const int b = 20;
const int& rb = b;//合法：常引用可以绑定常量
const int c = 30;
int& rc = c;//不合法：常量只能被常引用绑定，不可以被非常引用绑定
return 0;
}
我们将常量被常引用绑定，变量被非常引用绑定称为
权限平移,变量被常引用绑定称为权限缩小,常量被非常引用绑定称为权限扩大。
对于指针和引用来说，不可以进行权限扩大，但是可以进行权限平移和权限缩小
来看一个有意思的例子
int main()
{
int a = 10;
double& ra1 = a;//不合法
const double& ra2 = a;//合法
return 0;
}
与上述结论相关的例子还有如下代码
int main()
{
char ch;
int& rch = ch;//不合法：char会自动转换为int类型，需要用常引用来绑定存放转换后结果的临时变量
const int& rch = ch;//合法
double d;
int& rd = d;//不合法
const int& rd = d;//合法
int a;
double& ra = (double)a;//非法：绑定的是具有常属性的数据对象
const double& ra = (double)a;
return 0;
}
6.4 引用的使用场景
1. 引用传参
作用：(1).最输出型参数。(2). 减少拷贝. 提高效率
(1)引用传参可以实现需要指针的操作
//引用传参
extern void Swap(int& ra, int& rb);
int main()
{
int a = 10, b = 20;
int& ra = a;
Swap(a, b);
cout << "a=" << a << endl;
cout << "b=" << b << endl;
return 0;
}
//Swap参数为引用类型，可以改变参数对应的值
void Swap(int& ra, int& rb)
{
int tmp = ra;
ra = rb;
rb = tmp;
}
C语言中链表中尾插需要传递二级指针，在C++中可以传递引用
typedef struct SLTNode
{
int val;
struct SLTNode* next;
}SLTNode, *PSLTNode;
//参数为二级指针
extern void SLTPushBack(SLTNode** pphead, int val);
//参数为引用
extern void SLTPushBack(SLTNode*& phead, int val);//phead是一个引用，引用的实体时结构体指针类型
//等价于
extern void SLTPushBack(PSLTNode& phead, int val);
(2)验证引用传参可以提高效率
函数参数传值时由于会对实参进行拷贝，而引用只给实参去了一个别名不进行拷贝，所以当传递的是大对象时，引用传参会比传值传参效率更高。
#include <time.h>
struct A { int a[100000]; };//大对象
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;
}
- 引用做函数返回值
作用：(1).做输出型返回对象，调用者可以修改返回对象。(2).减少拷贝，提高效率
在介绍引用做函数返回值之前，我们回顾一下关于函数栈帧的相关知识。
函数的返回值是通过寄存器或者临时变量带出来的，也就是说如果函数有返回值，那么在函数结束前会先将返回值的结果存放在寄存器或者内存中(取决于返回值的字节数),退出函数后再将预先存放的值赋给需要的变量。
更详细的可以看这篇文章syseptember的个人博客：图解函数栈帧的创建于销毁
其次我们需要知道的是函数返回值为引用类型的含义是返回返回对象的别名
错误返回引用👇
//引用做返回值
int& Count()
{
int n = 0;
n++;
return n;
}
int main()
{
int& ret = Count();
cout << ret << endl;
cout << ret << endl;
cout << ret << endl;
return 0;
}
上述代码等价于
int* Count()
{
int n = 0;
n++;
return &n;
}
int main()
{
int* ret = Count();
cout << *ret << endl;
cout << *ret << endl;
cout << *ret << endl;
return 0;
}
相比上面的返回引用的代码，我们更熟悉返回指针的代码，这段代码的结果和上述是一模一样的，在这段代码中，返回的是局部变量的地址，而局部变量出了作用域会销毁，因此打印的行为仍然是未定义的，这两段代码结果一样的根本原因是引用在底层上是通过指针实现的
int& Count()
{
int n = 0;
n++;
return n;
}
int main()
{
int ret = Count();
cout << ret << endl;
cout << ret << endl;
cout << ret << endl;
return 0;
}
上述代码等价于
int* Count()
{
int n = 0;
n++;
return &n;
}
int main()
{
int ret = *Count();
cout << ret << endl;
cout << ret << endl;
cout << ret << endl;
return 0;
}
该代码仍然存在返回的是局部变量地址的问题，所以结果是未定义的，这再次说明了引用的底层实现是通过指针来实现的
正确返回引用👇
//正确返回引用
int& Count()
{
//创建非局部变量
static int n = 0;
n++;
//返回非局部变量的地址
return n;
}
int main()
{
int& ret = Count();
cout << ret << endl;
cout << ret << endl;
cout << ret << endl;
return 0;
}
上述代码等价于
int* Count()
{
static int n = 0;
n++;
return &n;
}
int main()
{
int* ret = Count();
cout << *ret << endl;
cout << *ret << endl;
cout << *ret << endl;
return 0;
}
这次函数返回的不再是局部变量的地址，而是存储在静态区中的地址，所以结果是有效的
总结：如果函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象没有被回收，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。
(1)输出型返回对象
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>
typedef struct SeqList
{
int *a;
int sz;
int capacity;
}SeqList;
void InitSeqList(SeqList& list)
{
list.capacity = 4;
list.sz = 4;
list.a = (int*)malloc(sizeof(int) * list.capacity);
}
int& SeqListAt(SeqList& list, int pos)
{
assert(pos >= 0 && pos <= list.capacity);
return list.a[pos];
}
int main()
{
SeqList list;
InitSeqList(list);
for (int i = 0; i < list.capacity; i++)
{
//引用做输出型返回值
SeqListAt(list, i) = i + 1;
}
for (int i = 0; i < list.sz; i++)
{
cout << SeqListAt(list, i) << " ";
}
cout << endl;
}
验证引用返回比值返回效率更高
#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;
}
6.5 指针和引用的区别
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;
}
反汇编代码
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) - 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
