C++基础知识(上)

发布时间:2023-11-01 18:30

1.C++关键字

C++总计63个关键字,C语言32个关键字

大概了解一下C++的关键字都有哪些

asm do if return try continue
auto double inline short typedef for
bool dynamic_cast int signed typeid public
break else long sizeof typename throw
case enum mutable static union wchar_t
catch explicit namespace static_cast unsigned default
char export new struct using friend
class extern operator switch virtual register
const false private template void true
const_cast float protected this volatile while
delete goto reinterpret_cast

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。

1.普通的命名空间

namespace N1 //N1为命名空间的内容
{
    //命名空间中既可以定义变量,也可以定义函数
	int a;
	int add(int left, int right)
	{
		return left + right;
	}
}

2.命名空间可以嵌套

namespace N2
{
	int i;
	double d;
	int Add(int x, int y)
	{
		return x + y;
	}
	namespace N3
	{
		int a;
		int b;
		int Sub(int x, int y)
		{
			return x - y;
		}
	}
}

3. 同一个工程中允许存在多个相同名称的命名空间,编译器最后会合成到同一个命名空间中。

namespace N1
{
	int a;
	int add(int left, int right)
	{
		return left + right;
	}
}

namespace N1
{
	int Mul(int x, int y)
	{
		return x + y;
	}
}

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

namespace N
{
	int i = 3;
}

int main()
{
	printf("%d\n", i); //该语句编译会出错,i被认为是未声明的标识符
}

命名空间有以下三种使用方式:

1.加命名空间名称及作用域限定符

int main()
{
	printf("%d\n", N::i);
}

 2.使用using将命名空间中的成员引入

using N::i;

int main()
{
	printf("%d\n", i);
}

 3.使用using namespace + 命名空间名称引入

using namespace N;

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

3.C++输入和输出

直接来看代码:

#include 
using namespace std;

int main()
{
	cout << "hello world" << endl;
	return 0;
}

说明: 

1. 使用cout标准输出(控制台)cin标准输入(键盘)时,必须包含< iostream >头文件以及std标准命名空间。

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头文件区分,也为了正确使用命名空间,规定C++头文件不带.h;旧编译器(vc 6.0)中还支持格式,后续编译器已不支持,因此推荐使用+std的方式。

2. 使用C++输入输出更方便,不需增加数据格式控制,比如:整形--%d,字符--%c

int main()
{
	int i;
	char c;
	double d;
	cin >> i >> c >> d;
	cout << i << c << 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默认值。在调用该函数时,如果没有指定实参则采用该默认值,否则使用指定的实参。

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

int main()
{
	Print(5); //传参时,使用指定的实参
	Print();  //没有传参时,使用参数的默认值
	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

1.全缺省参数

void Test(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{
	cout << a << endl;
	cout << b << endl;
	cout << c << endl;
}

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

在调用缺省函数的时候要从左往右给实参,不能跳着给

以下这么写是错误的

int main()
{
	Test(, , 3);
	return 0;
}

2.半缺省函数

void Test(int a, int b = 20, int c = 30)
{
	cout << a << endl;
	cout << b << endl;
	cout << c << 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

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。

//a,h
void Test(int a = 10);

//a.c
void Test(int a = 20)
{
	cout << a << endl;
}

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 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,函数重载与函数的返回类型无关

形参个数不同

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

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

int Add(int x)
{
	return x;
}

形参类型不同

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

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

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

int main()
{
	Add(1, 2);
	Add(1.1, 2.2);
	Add(1L, 2L);
	return 0;
}

 在调用函数时要注意实参与形参对应以调用相应的函数

参数顺序不同

void Add(int x, double y)
{}

void Add(double x, int y)
{}

问:下面两个函数属于函数重载吗?

short Add(short left, short right)
{
	return left + right;
}
int Add(short left, short right)
{
	return left + right;
}

答:不属于,函数重载无关返回类型,只与参数个数,类型,顺序和函数名有关

5.2 名字修饰

为什么C++支持函数重载,而C语言不支持函数重载呢?

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

 C++基础知识(上)_第1张图片

这是C语言的编译过程图解,C++与此类似

1. 实际我们的项目通常是由多个头文件和多个源文件构成,【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。那么怎么办呢?
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. 由于Windows下vs的修饰规则过于复杂,而Linux下gcc的修饰规则简单易懂,下面我们使用了gcc演示了这个修饰后的函数名字。

5. 通过下面我们可以看出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】。

采用C语言编译器编译后结果

C++基础知识(上)_第2张图片

结论:在linux下,采用gcc编译完成后,函数名字的修饰没有发生改变。 

采用C++编译器编译后结果

C++基础知识(上)_第3张图片

结论: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。

6. 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。

7. 另外我们也理解了,为什么函数重载要求参数不同!而跟返回值没关系。

5.3 extern “C”

有时候在C++工程中可能需要将某些函数按照C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语言规则来编译

下面演示一下在C++文件里面调用C的函数

新建一个项目AddC,新建Add.h和Add.c文件

//Add.h

int Add(int x, int y);
//Add.c

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

打开解决方案属性,将配置类型改为静态库,然后编译程序

C++基础知识(上)_第4张图片

在对应的Debug路径下可以看到生成了一个.lib文件

C++基础知识(上)_第5张图片

 再新建一个项目CCallCLib,新建一个test.cpp文件

//test.c

#include "../../AddC/AddC/Add.h" //找到对应目录下单Add.h文件并包含

int main()
{
	Add(1, 2);
	return 0;
}

 打开项目属性,将AddC.lib的绝对路径拷贝到附加库目录下

C++基础知识(上)_第6张图片

 在附加依赖项上加入对应静态库,这里是AddC.lib

C++基础知识(上)_第7张图片

 然后编译程序就会有以下错误

test.obj : error LNK2019: 无法解析的外部符号 "int __cdecl Add(int,int)" (?Add@@YAHHH@Z),函数 main 中引用了该符号 

这是因为符号表上函数名的不同所导致的,在C++编译器下函数名有修饰规则,而在C编译器下函数名没有修饰规则,Add这个函数名在C++的编译风格下生成的函数名和在C的编译风格下生成的函数名不同,所以导致链接时C++文件的符号表上的函数找不到它所对应的地址。

所以需要将函数按照C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语言规则来编译

项目CppCallCLib

//test.cpp

extern "C"
{
	#include "../../AddC/AddC/Add.h" //找到对应目录下单Add.h文件并包含
}

int main()
{
	Add(1, 2);
	return 0;
}

 相反,用C文件来调用C++的函数也是可以的

将刚才C的静态库改成C++的静态库,由于extern "C"是C++语法才有的,所以extern "C"此时要写在C++的静态库中,以C的风格来编译,从而可以让C编译器下生成的文件来调用C++文件中的函数。

项目AddCPP

//add.h

extern "C"
{
	int Add(int x, int y);
}
//Add.cpp

#include "Add.h"

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

 在C编译器的项目属性上同刚才一样的操作,修改附加库目录和附加依赖项

然而这个时候直接编译的话会发生错误,原因在于extern "C"是C++的语法才有的,而在C的语法中是没有的,这个时候就用到了条件编译

项目AddCpp

//Add.h

#ifdef __cplusplus //。 __cplusplus是C++才有的宏
extern "C"
{
#endif
	int Add(int x, int y);
#ifdef __cplusplus
}
#endif

现在切到C++的项目就可以编译成功了

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

用法:类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体;

int main()
{
	int a = 10;
	int& b = a; //b是引用变量名,a是引用实体
	cout << a << endl << b << endl;
	return 0;
}

 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

int main()
{
	int a = 0;
	int& b;  //该条语句在编译时会出错
	return 0;
}

报错:“b”: 必须初始化引用 

2. 一个变量可以有多个引用

int main()
{
	int a = 0;
	int& b = a;
	int& c = b;
	int& d = c;

	cout << &a << endl << &b << endl << &c << endl << &d << endl;
	return 0;
}

 引用可以给引用取别名,它们指向的还是同一块空间

C++基础知识(上)_第8张图片

3. 引用一旦引用一个实体,再不能引用其他实体

int main()
{
	int a = 0;
	int b = 1;
	int& c = a;
	int& c = b; //只能引用一个实体
	return 0;
}

6.3常引用

权限放大

int main()
{
	const int a = 10;
	int& b = a;
	return 0;
}

b引用a时会发生错误,其原因为权限放大了,a是常量不能被改,而用int类型的b引用后是可以改的,所以这里发生了错误,导致无法正常编译

权限缩小

int main()
{
	int a = 10;
	const int& b = a;
	const double& d = a;
	return 0;
}

a可以改,b不能改,权限缩小,可以正常编译,d也是一样的

对常量进行引用也是可以的

int main()
{
	const int& b = 2;
	return 0;
}

引用时类型要保证相同,否则会编译出错

int main()
{
	int i = 0;
	double& d = a;
	return 0;
}

6.4引用的使用场景

1.把引用做参数

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

int main()
{
	int a = 3;
	int b = 5;
	Swap(a, b);
	cout << a << endl << b << endl;
}

在Swap函数中直接取了a和b的别名,相当于拿到了a和b的两块空间,所以可以在函数内部完成a和b空间中值的交换

传值调用和传引用调用效率对比

#include 
struct A { int a[10000]; };
void TestFunc1(A a) {}
void TestFunc2(A& a) {}
int main()
{
	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;
	return 0;
}

C++基础知识(上)_第9张图片

传引用调用是要比传值调用快的

2.传引用返回

传值返回实现的过程

C++基础知识(上)_第10张图片 

传引用返回实现的过程

C++基础知识(上)_第11张图片

C++基础知识(上)_第12张图片

函数栈帧在出了作用域之后就销毁了,所以    cout << ret << endl;语句会造成越界访问,而第一条语句能够打印出1,是因为此时n原来的那块空间里的值还没有被改变

总结:函数返回时,如果返回对象没有被销毁,则可以使用传引用返回,而如果返回对象销毁了,则一定要用传值返回 

传引用返回和传值返回效率对比 

#include 
struct A { int a[10000]; };
A a;
// 值返回
A TestFunc1() { return a; }
// 引用返回
A& TestFunc2() { return a; }
int main()
{
	// 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;
	return 0;
}

C++基础知识(上)_第13张图片可见传引用返回效率大于传值返回

 6.5引用和指针的区别

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 = 0;
	int& b = a;
	cout << "&a = " << &a << endl;
	cout << "&b = " << &b << endl;
	return 0;
}

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 = 0;

	int& ra = a;
	ra = 10;

	int* pa = &a;
	*pa = 10;
	return 0;
}

我们来看下引用和指针的汇编代码对比:

C++基础知识(上)_第14张图片

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

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