C++编程之路：C++入门

Hello大家好！ 很高兴与大家见面！ 给生活添点快乐，开始今天的编程之路。

引言

创建目的：由于C语言的不足，为了解决C语言的不足而创建。

‌C++‌，通常被称为“C加加”，是一种由Bjarne Stroustrup在1983年开发的通用编程语言。它是由C语言扩展升级而来，支持面向对象程序设计、过程化程序设计等多种编程范式。‌

C++的应用领域服务器端、游戏（引擎）、机器学习引擎、音视频处理、嵌入式软件、电信设备、金融应用、基础库、操作系统、编译器、基础架构、基础工具、硬件交互等很多方面都有。

一 命名空间

1命名空间namespace的价值：（为了解决命名冲突或名字污染)

在C/C++中，变量、函数和类都是⼤量存在的，这些变量、函数和类的名称将都存在于同一个作⽤域时，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 （例如当函数名和一个变量名相同时），namespace关键字的出现就是针对这种问题的。

例如：

图一代码进行编译时出现错误而图二代码编译时未出现错误，这里我们创建了一个全局变量rand,

而编译时的查找过程是先局部再全局（就近原则），又因为我们的头文件<stdlib.h>中有声明的rand函数与其冲突，图二中我们把头文件<stdlib.h>注释所以此时不在冲突。

我们用namespave来解决这一问题：

2 namespace的定义

• 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。命名空间中可以定义变量/函数/类型等。【这个与结构体很相似，但作用大相径庭，结构体其中定义的是类型，而namespace中定义的是变量】 • 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（但是namespace定义的生命周期和全局域一样）。 • C++中域有函数局部域，全局域，命名空间域，类域；命名空间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，所有有了域隔离，名字冲突就解决了。 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。 • namespace只能定义在全局，当然他还可以嵌套定义。 • 项⽬⼯程中多⽂件中定义的同名namespace会认为是⼀个namespace，不会冲突。 • C++标准库都放在⼀个叫std(standard)的命名空间中。(为了防止与程序员编辑的代码起冲突） 【注意展开命名空间域影响的是编译规则（即会取命名空间域中查找），而展开头文件把头文件中的内容拷贝过来】

正常的命名空间定义[ ::是域作用限定符 ，编译器的查找规则是先在局部找在全局找， 域作用限定符 顾名思义就是限定域其就是为了打破编译器的查找规则， 其前面指定是那个作用域就在那个作用域中查找，当其前面什么都没有即没有指定那个命名空间域则默认是全局域 (即查找是在全局中查找)】

# include <stdio.h> # include <stdlib.h> // 1. 正常的命名空间定义 // bit是命名空间的名字，⼀般开发中是⽤项⽬名字做命名空间名。 namespace bit { // 命名空间中可以定义变量/函数/类型 变量 int rand = 10 ; 函数 int Add ( int left, int right) { return left + right; } 类型 struct Node { struct Node * next; int val; }; } int main () { // 这⾥默认是访问的是全局的rand函数指针 printf ( "%p\n" , rand); // 这⾥指定bit命名空间中的rand printf ( "%d\n" , bit::rand); return 0 ; }

命名空间可以嵌套

命名空间可以嵌套 namespace bit { // 第一个 namespace pg { int rand = 1 ; int Add ( int left, int right) { return left + right; } } // 第二个 namespace hg { int rand = 2 ; int Add ( int left, int right) { return (left + right)* 10 ; } } } int main () { printf ( "%d\n" , bit::pg::rand); //注意嵌套时使用域作用限定符，要逐层指定 printf("%d\n", bit::hg::rand) ; printf ( "%d\n" , bit::pg:: Add ( 1 , 2 )); printf ( "%d\n" , bit::hg:: Add ( 1 , 2 )); return 0 ; }

3 命名空间使⽤

编译查找⼀个变量的声明/定义时，默认只会在局部或者全局查找，不会到命名空间⾥⾯去查找。那 我们如何要使⽤命名空间中定义的变量/函数，有三种⽅式：

•指定命名空间访问，项⽬中推荐这种⽅式。【这种很麻烦，但是安全】 •using将命名空间中某个成员展开，项⽬中经常访问的不存在冲突的成员推荐这种⽅式。 【当我们要对命名空间中的某一个变量多次使用，这时候我们就可以使用这种方法提高代码效率】 •展开命名空间中全部成员，项⽬不推荐，冲突⻛险很⼤，⽇常⼩练习程序为了⽅便推荐使⽤。【这种很危险所以只适用于⽇常⼩练习程序中，因为我们这里本来就要把它与全局域分开，如果我们使用这种方法如果这时候全局变量再取一个同名变量这时候就会引起冲突】

二 C++输⼊&输出

1C++输⼊&输出相关知识：

• <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。 • std::cin是 istream 类的对象（全局对象），它主要⾯向窄字符（narrow characters (of type char)）的标准输⼊流。 • std::cout 是 ostream 类的对象（全局对象），它主要⾯向窄字符的标准输出流。 • 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。 • <<是流插⼊运算符，>>是流提取运算符。（C语⾔还⽤这两个运算符做位运算左移/右移） • （c++输入与输出的作用和sprintf与scanf函数作用相似那为什么还有有c++输入与输出呢？）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，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)，其实最重要的是C++的流能更好的⽀持⾃定义类型对象的输⼊输出，而printf与scanf函数只支持内置类型。 • 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。 • 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，所以要通过命名空间的使⽤⽅式去⽤他们。 • 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。 • 因为c++时c语言的优化，所以在一些编译器 ⾥没有包含头文件<stdio.h>，也可以使⽤printf和scanf，是因为在c++中<iostream>间接包含了。(这与编译器有关有的可能报错，vs系列编译器是这样的）

2 C++输⼊&输出运用

三 缺省参数【默认参数】

1定义：

• 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，缺省参数分为全缺省和半缺省参数。（有些地⽅把 缺省参数也叫默认参数） •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。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。 • 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。 • 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。【1不能在函数声明和定义中同时出现：怕函数声明和定义给的缺省值不同而出现歧义 2规定必须函数声明给缺省值：因为别人调用一定是用头文件】

2缺省参数的使用

四 函数重载

1定义：

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，可以是参数个数不同或者类型不同/参数顺序不同本质也是类型不同【一对一比较】，注意返回值不同不能作为重载条件因为当我们调用函数时未指定返回值此时我们无法区分。这样C++函数调⽤就表现出了多态⾏为，使⽤更灵活。C语⾔是不⽀持同⼀作⽤域中出现同名函数的。

2使用方法

五 引⽤

1引⽤的概念和定义

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： 林冲，外号豹⼦头；【引用的底层是指针所以可以通过引用能够改变原值】

定义 ：类型& 引⽤别名 = 引⽤对象;

注意区分相同符号在c++和c语言中的作用：

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，⽐如前⾯的<< 和 >>，这⾥引⽤也和取 地址使⽤了同⼀个符号&，⼤家注意使⽤⽅法⻆度区分就可以。

2 引⽤的特性

• 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 • 引⽤支持多次使用（即取别名在取别名） • 引⽤不能改变指向（指针可以）所以在一些场景引用是不能替代指针的，Java的引⽤可以改变指向，并且可以不初始化，Java中没有指针只有引用【因为Java出现更慢，发现了c++的不足从而做出改变，java中的引用更像c++指针与c++引用功能的重叠】。

3引⽤的使⽤【引用涉及到栈帧的销毁】

• 引⽤在实践中主要是于引⽤传参和引⽤做返回值中减少拷⻉提⾼效率（虽然指针也是可以提⾼效率，因为不管你数据多大指针的大小永远是4/8个字节，而引用从语法层面更是只是你的别名不用创建空间）和改变引⽤对象时同时改变被引⽤对象。 【能不能引用返回值取决于出了作用域对象是否还在】 • 引⽤传参跟指针传参功能是类似的，引⽤传参相对更⽅便⼀些。 •引⽤返回值的场景相对⽐较复杂(后续会更新)。 • 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 语⾔的引⽤(如Java)是有很⼤的区别的，除了⽤法，最⼤的点， C++引⽤定义后不能改变指向 【这就意味着一些场景是不能使用引用的必须使用指针例如链表等】， Java的引⽤可以改变指向，并且可以不初始化，Java中没有指针只有引用【因为Java出现更慢，发现了c++的不足从而做出改变，java中的引用更像c++指针与c++引用功能的重叠】。

注意这里STTop函数结束，栈帧销毁，返回对象不在STTop栈帧中，返回他的引用没有问题。

而func函数结束，栈帧销毁，返回对象在func栈帧中，返回他的引用有问题(就像指针一样指针有野指针，引用也有野引用)【所以能不能引用返回值取决于出了作用域对象是否还在】

4 const引⽤【记住访问权限在引⽤过程中可以缩⼩，但是不能放】

• 可以引⽤⼀个const对象，但是必须⽤const引⽤。const引⽤也可以引⽤普通对象，因为对象的访 问权限在引⽤过程中可以缩⼩，但是不能放⼤。 • 不需要注意的是类似 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，也就是时，rb和rd引⽤的都是临时对象，⽽C++规定临时对象具有常性，所以这⾥ 就触发了权限放⼤，必须要⽤常引⽤(const 引用)才可以。 • 所谓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

访问权限在引⽤过程中可以缩⼩，但是不能放大：

C++规定临时对象具有常性，所以这⾥就触发了权限放⼤，必须要⽤常引⽤才可以。

5引用与指针的关系

5.1图像：

5.2文解

引用的本质是指针，但是c++开发引用并不是为了取代指针，而是为了解决指针的不足，指针和引用相辅相成，引用有一个不足就是引用不能改变指向这就意味着一些场景必须使用指针例如链表等。【既然指针有野指针那么引用也存在野引用，我们要注意这方面的使用】 注意在Java中的引用与c++中的引用并不相同，Java中的引用可以改变指向 • 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，但是语法上不是必须的。 • 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，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位下是8byte) • 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。

六 inline

1 作用/规则

• ⽤inline修饰的函数叫做内联函数，编译时C++编译器会在调⽤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了，就可以提⾼效率。 • inline对于编译器⽽⾔只是⼀个建议，也就是说，你加了inline编译器也可以选择在调⽤的地⽅不展 开，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，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【即加不加inline是程序员的事，而展不展开是编译器的事】。 【那编译器为什么有的地方展开有的不展开？比如假如一个函数有100条指令调用10000次inline展开合计10000*10条指令，不展开合计10000+10条指令，若此时还展开就会导致文件的空间过大】。 • C语⾔实现宏函数也会在预处理时替换展开，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⽬的就是替代C的宏函数【在C++中用inline替代C的宏函数，用const和enum替换宏常量】。 • 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被展开，就没有函数地 址，链接时会出现报错。 • 对于 inline对函数展开此时调试就很不方便，所以有的编译器中有的版本在使用inline时对函数不展开从而方便调试，只有自己更改设置才能使其展开（vs编译器 debug版本下⾯默认是不展开inline的，这样⽅便调试，debug版本想展开需要自己设置⼀下）

vs编译器 debug版本下⾯默认是不展开inline的，这样⽅便调试，debug版本想展开需要设置⼀下以下两个地⽅。

2使用：

3怎么知道是否被展开

我们可以通过调试的反汇编【因为函数编译好，就是一串指令而函数的地址是第一句指令的地址，调用函数时call的地址本质就是跳转过去执行指令】是否有call只有有call就没有被展开。

4 怎么解决函数在多个文件中定义

4.1文件执行过程【经过编译链接】

每个文件在汇编的过程中都会形成自己的符号表【函数的声明不会形成只有定义时才会形成】

4.2怎么解决

在我们编程过程中我们对于每个(.c)/(.cpp)文件对（.h）头文件的使用很常见假如此时在头文件中有函数的声明和实现方法就会引起自重定义这时候怎么解决呢？

方法1：使用static修饰因为static会让其变成静态函数，静态函数具有内部属性只在当前文件看到。 方法2：将声明和定义分开,原理在于分开后的函数实现文件会形成自己的符号表这时候在链接的时候就不会引起冲突。

七 nullptr

1 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

即空指针要么被定义为0，要么定义为((void *)0) ；这就会引出在函数调用时的一系列问题。

2作用

• 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，本想通过f(NULL)调⽤指针版本的 f(int*)函数，但是由于NULL被定义成0，调⽤了f(int x)，因此与程序的初衷相悖。f((void*)NULL); 调⽤会报错。 • 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，它可以转换 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。

本篇文章作为c++基础教学的第一篇，带大家认识和简单使用c++。本篇文章就到此结束，欢迎大家订阅我的专栏，欢迎大家指正，希望有所能帮到读者更好理解C++相关知识 ，觉得有帮助的还请三联支持一下~后续会不断更新C/C++相关知识，我们下期再见。