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C语言是结构化和模块化的语言,即面向过程的,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。
1982年,Bjarne Stroustrup博士在C语言的基础上引入并扩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(即兼容C的语法),又可以进行以抽象数据类型为特点的基于面向对象的程序设计。
以完成同一动作为例 —— 洗衣服:
C语言关注的是过程,分析出求解问题的步骤,通过函数调用逐步解决问题,是一个人工手洗的过程。
而C++关注的是对象,将一件事情拆分成不同的对象,靠对象之间的交互完成,是人,衣服,洗衣粉,洗衣机四个对象之间交互完成的,我们不关心洗衣机内部如何工作。
上述示例只是简单的认识,更多理解和运用还得靠日后的不断阅历。
尽管C++还在不断向后发展,但是C++98和C++11依旧是当前市场上两个值得深入学习的主流版本。
C++98是C++标准第一个版本,绝大多数编译器都支持,得到了国际标准化组织(ISO)和美国标准化协会认可,以模板方式重写C++标准库,引入了STL(标准模板库)。
C++11增加了许多特性,使得C++更像一种新语言,比如:正则表达式、基于范围for循环、auto关键字、新容器、列表初始化、标准线程库等。
接下来就开始C++入门的基础语法知识。
在C/C++中,全局作用域的变量、函数和类都是大量存在的,可能会导致很多命名冲突。
比如,对于同一段代码,有如下示例:
C语言没办法解决类似这样的命名冲突问题,所以C++引入了命名空间的概念,即:定义了一个新的作用域。这个作用域的目的就是: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,相当于一座“围墙”。因为在查找时,如果不指定域的话,编译器是不会主动突破这座“围墙”的。
而命名空间的定义是:关键字namespace + 命名空间的名字(一般开发中是使用项目名),然后接一对{}即可,{} 中即为命名空间的成员。
如下示例:
- namespace test1
- {
- // 命名空间中可以定义变量/函数/类
- int pow = 6;
-
- int Sub(int x, int y)
- {
- return x - y;
- }
-
- struct Node
- {
- struct Node* next;
- int val;
- };
- }
命名空间可以嵌套定义,如下示例:
- namespace test1
- {
- int a = 10, b = 20;
-
- int Sub(int x, int y)
- {
- return x - y;
- }
-
- namespace test2
- {
- int c = 30, d = 40;
-
- int Add(int m, int n)
- {
- return m + n;
- }
-
- namespace test3
- {
- //...........
- }
- }
- }
注意: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。
接着,就是如何使用命名空间的成员—— " :: "域作用限定符。
三种方式,如下示例:
既然我们可以定义使用自己的命名空间,那么C++标准有没有自己已经定义好的命名空间呢?
答案是肯定的—— std。
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。
那如何展开std使用更合理呢?
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方式1或2。
输入:>> 流提取运算符,使用cin从键盘标准输入对象
输出:<< 流插入运算符,使用cout标准输出对象到控制台
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,并且命名在std中。
而且,C++的输入输出可以自动识别变量类型。
如下示例:
- #include<iostream>
- using namespace std;
-
- int main()
- {
- int a, b, c;
- //输入
- cin >> a >> b >> c;
- //输出
- cout << a << " " << b << " " << c << endl;
- return 0;
- }
实际上cout和cin分别是ostream和istream类型的对象,<<和>>是运算符的重载,但是涉及到类和对象的相关知识,这里不深入讲解,作为C++入门,先学着会用就行,后面再深究。
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。
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。
比如:
全缺省:
半缺省:
需要注意的是:
a. 半缺省参数必须从右往左依次来给出,不能间隔着给
b. 如果函数的声明和定义分离,只能在声明给缺省值,否则编译器不知道该用哪个缺省值,导致编译错误
c. 缺省值必须是常量或者全局变量
d. C语言不支持缺省参数
C++允许在同一作用域中声明几个功能类似的同名函数,但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。
如下示例:
那为什么C++支持函数重载,而C语言却不支持函数重载呢?
答案是:名字修饰。
因为函数被调用时是通过函数名来找函数的,C语言在编译时不会对函数名进行修饰,如果出现同名函数,就会出现重定义,引发编译错误;而C++在不同编译器的函数名修饰规则之下就不会出现此问题。
下面以Linux环境下的gcc和g++为例证:
windows下vs编译器对函数名字修饰规则相对复杂 ,但目的是一致的。
如果你对上述和下面涉及到的编译链接不太清楚的话,可点击以下链接跳转至小编的另一篇文章《程序环境和预处理详解》,相信有助于你对本篇内容的理解。
https://blog.csdn.net/m0_74171054/article/details/131890111
引用不是定义一个新变量,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,引用类型和引用实体是同种类型。
定义方法:类型& 引用变量名 = 引用实体;
比如:int a = 10;
int& b = a; //b就是a的别名
b = 20; //修改b就相当于修改a = 20
需要注意的是:
1. 引用在定义时必须初始化
2. 一个变量(引用实体)可以有多个引用
int& c = a;
int& d = a;
//......
3. 引用也可以取别名
int& cc = c;
int& ccc = cc;
//......
4. 引用一旦引用一个实体,再不能引用其他实体
int m = 20;
b = m; //b已经是a的引用,这样写是赋值
int& b = m; //可是如果这样写就是重定义,编译错误
5. 引用类型加const,成为常引用,对数据的操作权限缩小
如下示例:
事实上,在别的地方,类似这样的隐式转化也是经常发生的,随着日后知识和代码阅历的增长,会遇到更多,当然也就会更加理解深入和熟练运用。
接下来, 再看一下引用真正有价值的两个使用场景,如下示例:
A:传参
void Swap(int& x, int& y)
{
int tmp = x;
x = y;
y = tmp;
}
B:做返回值(前提是:函数调用结束后,返回对象占用的内存还没还给操作系统)
int& Count()
{
static int n = 0; //静态变量,初始化一次,出了函数作用域不销毁
n++;
// ...
return n;
}
之所以用引用传参,做返回值,是出于提高效率和节省内存不必要的消耗而考量的。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,因此用传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。
如下示例(仅供参考):
可见,对于传值来说,数据越大越多, 效率差距就越大,不必要的内存消耗就越多。
还有一个比较重要的原因是:传值时,形参的改变不会影响实参,返回值也不可修改;可是传引用时,可修改实参,也可修改返回值(如上述的A,B两个示例)。
所以,能用引用的地方尽量就用引用。
看到这,你是否心中有个疑问——感觉这动西和指针挺像,上述的问题用指针也能解决,那么它俩是一样的吗?
在语法层面上:引用就是取别名,没有开空间。指针存储地址,开了空间。
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,如下示例。
和指针不同的是:
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。
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(原因即上述)。
掌握了上面的内容后,再来看下面的一段代码:
相信很多人在写出这段代码时和小编想的一样,只从语法上思考:_p是指针p的别名,只不过p对m可读可写;_p加了const,权限缩小了,对m只可读,不可写。似乎是可行的,但事实确是编译错误,这是为什么呢?
其实,是我们忽略了编译器的底层实现原理。
如下释析:
所以,引用实体是指针时,必须同类型。
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,提升程序运行的效率。
如下示例:
C++支持内联函数,解决了C语言宏函数的一些缺点(1.不能调试 2.代码可读性差,可维护性差,容易误用 3.没有类型安全的检查)
注意:
1. inline是一种以空间换时间的做法,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,可能会使目标文件变大。
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。
3. inline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,如下示例:
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
比如以后会见到的迭代器类型,例:std::map<std::string, std::string>::iterator,太长了,特别容 易写错。
此时可以用typedef给它取个简洁的别名,但是有些情况typedef也会遇到新的难题,如下示例:
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,但有时这并不容易,所以C++11给auto赋予了新含义。
C++11中,auto声明的变量的类型在编译时由编译器自动推导,前提是必须初始化。
如下示例:
注意:
1. 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。
2. auto不能用于函数参数类型和返回值类型。
3. auto不能用来声明数组。
4. 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。
上图中的示例只是展示auto的使用方法,实际中它的常见优势用法是配合范围for循环等使用。
范围for的底层是迭代器,所以支持迭代器就支持范围for,但是现阶段学习迭代器太复杂,所以先看怎么用。
遍历数组:
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,这个范围必须是确定的(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),否则就会出问题。
比如:void func(int array[])
{
for(auto& e : array) cout<< e <endl;
}
for的范围不确定。
在C语言中,空指针被定义为NULL,实际是一个宏,在C头文件stddef.h可以看到如下定义:
那么,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可能会遇到一些问题,如下示例:
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。
为了避免这些麻烦,C++11将 nullptr 作为新的关键字引入,表示空指针,所以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。
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