C++从入门到精通——入门知识
1. C++关键字(C++98)
C++总计63个关键字，C语言32个关键字
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、函数和类的名称都将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就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 <iostream>
#include <stdlib.h>
//using namespace std;
//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 rand = 10;
int main()
{
//这里需要说明一点，C++是兼容C语言语法的
printf("%dn", rand);
return 0;
}
// 编译后后报错：error C2365: “rand”: 重定义；以前的定义是“函数”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。
// 1. 正常的命名空间定义
// num 是命名空间的名字
namespace num
{
// 命名空间中可以定义变量/函数/类型/结构体
int rand = 10;
int Add(int a, int b)
{
return a + b;
}
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 a, int b)
{
return a + b;
}
namespace N2
{
int c;
int d;
int Sub(int a, int b)
{
return a - b;
}
}
}
//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
// test.h
namespace N1
{
int Mul(int a, int b)
{
return a * b;
}
}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 命名空间的使用
命名空间中成员该如何使用呢？比如：
namespace N
{
// 命名空间中可以定义变量/函数/类型
int a = 0;
int b = 1;
int Add(int x, int y)
{
return x + y;
}
struct Node
{
struct Node* next;
int val;
};
}
int main()
{
// 编译报错：error C2065: “a”: 未声明的标识符
printf("%dn", a);
//那我们该如何修改呢？
return 0;
}命名空间的使用有三种方式：
① 加命名空间名称及作用域限定符
int main()
{
printf("%dn",N::a);
return 0;
}② 使用 using 将命名空间中某个成员引入
//使用域名N中成员b的声明
using N::b;
int main()
{
printf("%dn", N::a);
printf("%dn", b);
return 0;
}③ 使用 using namespace 命名空间名称引入
//使用域名N的声明
using namespace N;
int main()
{
printf("%dn", N::a);
printf("%dn", b);
Add(10, 20);
return 0;
}3. C++输入&输出
我们学习C语言的时候，是如何写自己的第一个程序的呢？
#include <stdio.h>
int main()
{
printf("hello world!!!n");
return 0;
}那么C++又是如何写自己的第一个程序呢？我们带着探索的好奇心来看一下。
#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;
}运行结果：
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，它们都包含在 <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 << 也涉及运算符重载等 一些问题。
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语言的头文件区分开，也为了正确使用命名空间，规定C++头文件不带 h ；旧的编译器（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 <iostream> + std 的方式。
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
int a = 0;
double b = 0;
char c = 0;
// 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;
}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？
1. 在日常练习中，建议直接使用 using namesapce std; 即可，这样就很方便。
2.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，但是在项目开发中代码较多、规模大，就很容易出现上面那些问题。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 + using std::cout 展开常用的库对象/类型/函数等方式。
4. 缺省参数
4.1 缺省参数的概念
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。
#include <iostream>
using namespace std;
void TestFunc(int a = 0)
{
cout << a << endl;
}
int main()
{
TestFunc(); // 没有传参时，使用参数的默认值
TestFunc(10); // 传参时，使用指定的实参
return 0;
}4.2 缺省参数分类
全缺省参数
void TestFunc(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 TestFunc(int a, int b,int c = 20)
{
cout << "a = " << a << endl;
cout << "b = " << a << endl;
cout << "c = " << a << endl;
}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。
//test.h
void TestFunc(int a = 10);
//test.c
void TestFunc(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。
4. C语言不支持（编译器不支持）。
5. 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的真实的含义，即该词被重载了。
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 顺序）必须不同，常用来处理实现功能类似数据类型不同的问题。
int Add(int a, int b)
{
return a + b;
}
double Add(double a, double b)
{
return a + b;
}
long Add(long a, long b)
{
return a + b;
}
int main()
{
Add(10, 20);
Add(10.0, 20.0);
Add(10L, 20L);
return 0;
}下面两个函数属于函数重载吗？
short Add(short a, short b)
{
return a + b;
}
int Add(short a, short b)
{
return a + b;
}答案：肯定不是！
解释一下：
如果我们在 gcc 的编译环境的 g++ 编译器运行我们的代码，而被 g++ 的函数修饰后变成 【_Z+函数长度+函数名+类型首字母】。则上面代码，第一个函数修饰后变成了_Z3Addss ，而第二个函数修饰后变成了 _Z3Addss ，这时它们两者函数名修饰规则一样，编译器在选择时，无法判断所需要调用的函数，所以编译它们时，编译器无法编译通过，会报错！
5.2 extern "C"
有时候在C++工程中可能需要将某些函数按照C语言的风格来编译，在函数前加 extern "C" ，意思是告诉编译器，将该函数按照C语言规则编译。比如：tcmalloc 是 google 用C++实现的一个项目，它提供了 tcmallc() 和 tcfree() 两个接口来使用，但如果是C项目就没办法使用，那么它就使用extern "C" 来解决。
extern "C" int Add(int a, int b);
int main()
{
Add(1, 2);
return 0;
}6. 引用
6.1 引用的概念
引用不是新定义一个变量，而是给已存在的变量取了一个别名，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；
#include <iostream>
using namespace std;
void Test()
{
int a = 10;
int& ra = a;//<====定义引用类型
printf("%pn", &a);
printf("%pn", &ra);
}
int main()
{
Test();
return 0;
}运行结果：
注意：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。
#include <iostream>
using namespace std;
void Test()
{
int a = 10;
// int& ra; // 该条语句编译时会出错
int& ra = a;
int& rra = a;
printf("%p %p %pn", &a, &ra, &rra);
}
int main()
{
Test();
return 0;
}运行结果：
6.3 常引用
void Test()
{
const int a = 10;
//int& ra = a; // 该语句编译时会出错，a为常量
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;
}6.4 使用场景
1. 做参数
void Swap(int& x, int& y)
{
int temp = x;
x = y;
y = temp;
}2. 做返回值
int& Count()
{
static int n = 0;
n++;
return n;
}下面代码输出什么结果？为什么？
#include <iostream>
using namespace std;
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;
}运行结果：
注意：如果函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象还未还给系统，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。
6.5 传值、传引用效率比较
以值作为参数或者返回类值型，在传值和返回期间，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>
#include <time.h>
using namespace std;
struct A { int a[10000]; };
void TestFunc1(A a) {}
void TestFunc2(A& a) {}
void Test()
{
A a;
// 以值作为函数参数
size_t begin1 = clock();
for (size_t i = 0; i < 100000; ++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 < 100000; ++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()
{
Test();
return 0;
}运行结果：
6.5.1 值和引用的作为返回值类型的性能比较
#include <iostream>
#include <time.h>
using namespace std;
struct A { int a[10000]; };
A a;
// 值返回
A TestFunc1() { return a; }
// 引用返回
A& TestFunc2() { return a; }
void Test()
{
// 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()
{
Test();
return 0;
}运行结果：
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。
6.6 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;
cout << "&a = " << &a << endl;
cout << "&ra = " << &ra << endl;
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 main()
{
int a = 10;
int& ra = a;
ra = 20;
int* pa = &a;
*pa = 20;
return 0;
}我们来看下引用和指针的汇编代码对比：
引用和指针的不同点:
1. 引用在定义时必须初始化，指针没有要求
2. 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
3. 没有NULL引用，但有NULL指针
4. 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)
5. 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
6. 有多级指针，但是没有多级引用
7. 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
8. 引用比指针使用起来相对更安全
7. 内联函数
7.1 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，没有函数压栈的开销，内联函数提升程序运行的效率。
7.2 特性
1. inline 是一种以空间换时间的做法，省去调用函数额开销。所以代码很长或者有循环/递归的函 数不适宜使用作为内联函数。
2. inline 对于编译器而言只是一个建议，编译器会自动优化，如果定义为inline的函数体内有循环/ 递归等等，编译器优化时会忽略掉内联。
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;
//声明
inline void Func(int i);
// test.cpp
#include "test.h"
//定义
void Func(int i)
{
cout << i << endl;
}
// main.cpp
#include "test.h"
int main()
{
Func(10);
return 0;
}
/*链接错误：main.obj : error LNK2019 : 无法解析的外部符号 "void __cdecl f(int)" (?
Func@@YAXH@Z)，该符号在函数 _main 中被引用*/8. auto关键字(C++11)
8.1 auto简介
在早期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，大家可思考下为什么？
C++11中，标准委员会赋予了auto全新的含义即：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。
#include <iostream>
using namespace std;
int TestAuto()
{
return 10;
}
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;
//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;
}运行结果：
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替换为变量实际的类型。
8.2 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声明引用类型时则必须加&
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
int x = 10;
auto a = &x;
auto* b = &x;
auto& c = x;
cout << typeid(a).name() << endl;
cout << typeid(b).name() << endl;
cout << typeid(c).name() << endl;
//a = 20;//err
*b = 30;
c = 40;
return 0;
}运行结果：
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
}8.3 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C++11提供的新式for循环，还有lambda表达式等进行配合使用
9. 基于范围的for循环(C++11)
9.1 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：
#include <iostream>
using namespace std;
void TestFor()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
array[i] *= 2;
for (int* p = array; p < array + sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++p)
cout << *p << endl;
}
int main()
{
TestFor();
return 0;
}运行结果：
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 };
for (auto& e : array)
e *= 2;
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。
9.2 范围for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[])
{
for(auto& e : array)
cout<< e <<endl;
}2. 迭代的对象要实现++和==的操作。
10. 指针空值nullptr(C++11)
10.1 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;
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：
#include <iostream>
using namespace std;
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;
}运行结果：
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，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。
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。
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。