[C++]C++基础知识概述_c++ 什么时候开始oop

 目录

C++基础知识概述：：

                                   1.什么是C++

                                   2.C++发展史     

                                   3.C++关键字

                                   4.命名空间

                                   5.C++的输入输出

                                   6.缺省参数

                                   7.函数重载

                                   8.引用   

                                   9.内联函数

                                  10.auto关键字(C++11)

                                  11.基于范围的for循环(C++11)

                                  12.指针空值—nullptr(C++11)               

C++基础知识概述：：

1.什么是C++

  C语言是结构化和模块化的语言，适合处理较小规模的程序。对于复杂的问题，规模较大的程序，需要高度的抽象和建模时，C语言则不合适，为了解决软件危机，20世纪80年代，计算机界提出了OOP(object oriented programming：面向对象)思想，支持面向对象的程序设计语言应运而生。

  1982年，Bjarne Stroustrup博士在C语言的基础上引入并补充了面向对象的概念，发明了一种新的程序语言，为了表达该语言与C语言的渊源关系，命名为C++，因此，C++是基于C语言而产生的，它既可以进行C语言的过程化程序设计，又可以进行以抽象数据类型为特点的基于对象的程序设计，还可以进行面向对象的程序设计。

2.C++发展史

1979年，贝尔实验室的本贾尼等人试图分析unix内核的时候，试图将内核模块化，于是在C语言的基础上进行了扩展，增加了类的机制，完成了一个可以运行的预处理程序，称之为C with classes，语言的发展就像是练功打怪升级一样，也是逐步递进，由浅入深的过程，下面是C++的历程版本：

3.C++关键字

C++总计63个关键字，C语言32个关键字

4.命名空间

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。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int rand = 10;
// 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 main()
{
    printf("%d\n", rand);
    return 0;
}

//1.正常的命名空间定义
namespace N
{
    // 命名空间中可以定义变量/函数/类型
    int rand = 10;
    int Add(int left, int right)
    {
        return left + right;
    }
}
 
//2. 命名空间可以嵌套
//test.cpp
namespace N1
{
    int a;
    int b;
    int Add(int left, int right)
    {
        return left + right;
    }
    namespace N2
    {
        int c;
        int d;
        int Sub(int left, int right)
        {
            return left - right;
        }
    }
}

namespace N
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    int Add(int x, int y)
    {
        return x + y;
    }
}
int main()
{
    printf("%d\n", N::a);
    return 0;    
}

namespace N
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    int Add(int x, int y)
    {
        return x + y;
    }
}
using N::b;
int main()
{
    printf("%d\n", N::a);
    printf("%d\n", b);
    return 0;    
}

namespace N
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    int Add(int x, int y)
    {
        return x + y;
    }
}
using namespce N;
int main()
{
    printf("%d\n", a);
    printf("%d\n", b);
    Add(10, 20);
    return 0;    
}

5.C++的输入输出

C++中的"hello world"

#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;
}

说明：

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<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和scanf输入输出那样，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

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<iostream..h>格式，后续编译器已不支持，因此推荐使用<iostream>+std的方式。

std命名空间的使用习惯：

1.在日常练习中，建议直接using namespace 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，但是项目开发中代码较多、规模大、就很容易出现。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/类型等方式。

6.缺省参数

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得到缺省值，否则使用指定的实参。

void Func(int a = 0)
{
    cout << a << endl;
}
int main()
{
    Func(); //没有传参时，使用参数的默认值
    Func(10); //传参时，使用指定的实参
    return 0;
}

void Func(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl;
}
int main()
{
	Func();
	Func(1);
	Func(1, 2);
	Func(1, 2, 3);
	return 0;
}

void Func(int a, int b = 10, int c = 20)
{
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl;
}
int main()
{
	Func(1);
	Func(1, 2);
	Func(1, 2, 3);
	return 0;
}

  //a.h
  void Func(int a = 10);
  // a.cpp
  void Func(int a = 20)
  // 注意：如果声明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

7.函数重载

函数重载的定义：

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。

#include<iostream>
using namespace std;
//1、参数类型不同
int Add(int x, int y)
{
     cout << "int Add(int x, int y)" << endl;
     return x + y;
}
double Add(double x, double y)
{
     cout << "double Add(double x, double y)" << endl;
     return x + y;
}
//2、参数个数不同
void f()
{
     cout << "f()" << endl;
}
void f(int a)
{
     cout << "f(int a)" << endl;
}
//3、参数类型顺序不同
void f(int a, char b)
{
     cout << "f(int a,char b)" << endl;
}
void f(char b, int a)
{
     cout << "f(char b, int a)" << endl;
}
int main()
{
     Add(10, 20);
     Add(10.1, 20.2);
     f();
     f(10);
     f(10, 'a');
     f('a', 10);
     return 0;
}

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。

每个源文件都会经过编译器的单独处理生成目标文件，最后经过链接器将链接库链接过来生成可执行程序。

1.实际项目通常是由多个头文件和多个源文件构成，而通过C语言阶段学习的编译链接，我们可以知道，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中那怎么办？

2.所以链接阶段就是专门处理这种问题的，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g++的修饰规则简单易懂，下面我们使用了g++演示了这个修饰后的名字。

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：

 采用C++编译器编译后结果：

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。

Window下名字修饰规则：

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.如果两个函数名和参数是一样的，返回值不同是不构成重载的，因为调用时不指定返回值，编译器没办法区分，避免调用的二义性。

8.引用

结论：出了函数作用域，返回值变量不存在了，不能用引用返回，因为引用返回的结果是未定义的

引用的概念：

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一块内存空间。类型&引用变量名 = 引用实体

void TestRef()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;
	printf("%p\n", &a);
	printf("%p\n", &ra);
}

注意：引用类型必须和引用实体是同一类型的

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

常引用：

int main()
{
	int a = 0;
	//权限平移
	int& ra = a;
	//指针和引用赋值中 权限可以缩小 但是不能放大
	const int b = 1;
	//我引用你 权限放大 不行
	//int& rb = b;
	//我引用你 我的权限缩小了 可以
	const int& rra = a;
	//rra++ const修饰 不能++
	a++;
	return 0;
}

使用场景：

1.做参数

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

引用作参数的意义:
1.减少拷贝，提高效率
2.作输出型参数，函数中修改形参，实参也修改

2.做返回值

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

引用作返回值的意义:
1.减少拷贝，提高效率
2.修改返回值

下列代码输出什么结果？

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;
}

注意：如果函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象还在(还没还给系统)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。 

传值、传引用的效率比较：

以值作为参数或者返回值类型，在传参和返回期间，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。

值和引用作为参数的类型比较：

#include <time.h>
struct A
{ 
   int a[10000]; 
};
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;
}

值和引用作为返回值类型的性能比较：

#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;
}

通过上述代码的比较，发现传值和引用在作为传参以及返回值类型上效率相差很大。

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，引用实际是有空间的，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;
}

引用和指针的汇编代码对比：

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4byte)。

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.引用比指针使用起来相对安全。

9.内联函数

内联函数的定义：

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，内联函数提升程序的运行效率。

如果在上述函数前增加Inline关键字将其改成内联函数，在编译期间编译器会用函数体替换函数的调用。

查看方式：

1.在release模式下，查看编译器生成的汇编代码中是否存在call Add

2.在debug模式下，需要对编译器进行设置，否则不会展开(因为debug模式下，编译器默认不会对代码进行优化，以下给出vs2013的设置方式) 

 内联函数的特性：

1.inline是一种以空间(编译出来可执行程序的大小)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(即函数不是很长，具体没有准确的说法，取决于编译器内部实现)，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。下图为<<C++Prime>>第五版关于inline的建议：

3.inline不建议声明和定义分离，分离会导致链接错误，因为编译器不会call内联函数的地址进入符号表，因为内联函数不建立栈帧，所以内联函数直接在.h定义，这样头文件展开时会有该内联函数的实现。

// F.h
#include <iostream>
using namespace std;
inline void f(int i);
// F.cpp
#include "F.h"
void f(int i)
{
     cout << i << endl;
}
// main.cpp
#include "F.h"
int main()
{
     f(10);
     return 0;
}

为什么长的函数不建议使用成内联函数：

面试题：

宏的优缺点：

优点：

1.增强代码的复用性

2.提高性能

缺点：

1.不方便调试宏(因为预处理阶段进行了替换)

2.宏会导致代码可读性差，可维护性差，且容易无用

3.没有类型安全的检查

宏加括号的原因：
宏在外面加括号是为了避免优先级的影响，里面加括号是为了避免传表达式时的影响

C++有哪些技术替代宏？

1.常量定义换用const enum

2.短小函数定义，换用内联函数

10.auto关键字(C++11)

类型别名思考：

随着程序越来越复杂，程序中用到的类型也越来越复杂，经常体现在：

1.类型难于拼写

2.含义不明确导致容易出错

#include <string>
#include <map>
int main()
{
    std::map<std::string, std::string> m{ { "apple", "苹果" }, { "orange", "橙子" },{"pear","梨"} };
    std::map<std::string, std::string>::iterator it = m.begin();
    while (it != m.end())
    {
       //....
    }
    return 0;
}

std::map<std::string，std::string>::iterator是一个类型，但是该类型太长了，特别容易写错。可能大家也会想到：可以通过typedef给类型取别名，比如：

#include <string>
#include <map>
typedef std::map<std::string, std::string> Map;
int main()
{
     Map m{ { "apple", "苹果" },{ "orange", "橙子" }, {"pear","梨"} };
     Map::iterator it = m.begin();
     while (it != m.end())
     {
     //....
     }
     return 0;
}

使用typedef给类型取别名确实可以简化代码，但是typedef也会遇到新的难题：

typedef char* pstring;
int main()
{
    const pstring p1;    // 编译成功还是失败？
    const pstring* p2;   // 编译成功还是失败？
    return 0;
}

在编程时，常常需要把表达式的值赋值给变量，这就要求在声明变量的时候清楚地知道表达式的类型。然而有时候做到这点并非那么容易，因此C++11给auto赋予新的含义。

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(变量的空间自动申请，自动释放)，但遗憾的是一直没有人去使用它，大家可以思考下为什么?

C++11中，标准委员会赋予了auto全新的定义即：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。

注：typeid：拿到变量对应类型的字符串

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;
}

注意：

使用auto定义变量时对其进行初始化，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替换成变量实际的类型。

auto的使用规则：

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&

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
}

// 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)
{}

void TestAuto()
{
    int a[] = {1,2,3};
    auto b[] = {4,5,6};
}

11.基于范围的for循环(C++11)  

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：

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;
    }
}

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"  :  "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 << " ";
    }
}
int main()
{
    TestFor();
    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。

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循环的范围不确定。

void TestFor(int array[])
{
    for(auto& e : array)
    {
        cout<< e <<endl;
    }
}

2.迭代的对象要实现++和==的操作。(后续博客进行讲解)

12.指针空值nullptr(C++11)

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;
}

NULL实际上一个宏，在传统的C头文件中(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，都不可避免会遇到一些麻烦，比如：

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;
}

程序员本意是想通过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既可以是一个整型数字，也可以是一个无类型的指针(void*)常量，但是编译器默认情况下将其看成是一个整型常量，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。