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前言
什么是C++
C++的发展史
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。
我们先来看下C++的历史版本：
C++的重要性
1. 使用广泛度
下图数据来自TIOBE编程语言社区2021年12月最新的排行榜，在30多年的发展中，C/C++几乎一致稳居前5：
2. 工作领域的应用
- 操作系统及大型系统软件开发
- 服务器端开发
- 游戏开发
- 嵌入式和物联网领域
- 数字图像处理
- 人工智能
- 分布式应用
除了上述领域外，科学计算、浏览器、流媒体开发、网络软件等都是C++比较适合的场景，作为一名老牌语言的常青树，C++一直霸占编程语言前5名，肯定有其存在的价值。
接下来，我们正式进入C++的学习。
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
经过上面的了解，我们知道：
那命名空间就是我们的大佬为C语言补的第一个坑：
什么意思呢？举个栗子：
那我们写了这样一段代码：
#include <stdio.h>
int rand = 10;
int main()
{
printf("%d\n", rand);
return 0;
}
为什么我们加了一个头文件就发生命名冲突了呢？
类似的情况可能还有很多，我们只是举了其中一个例子。
那我们的大佬是如何解决这个问题的呢？
那大家先思考一下：
举个栗子：
void f1()
{
int a = 0;
}
void f2()
{
int a = 1;
}
int main()
{
return 0;
}
再来看一个问题：
那现在我就想在函数f2()打印全局的a，有没有办法？
那了解了上面的内容，其实命名空间也是用类似的思想来避免这些冲突的。
2.1 命名空间的定义
我们还是通过例子来给大家讲解：
怎么做呢？
那这样做就不会报错了吗？
那我们现在如果想访问命名空间里的rand怎么办？
当然，在命名空间中，不止可以放变量：
另外呢：
那大家再想一下：
2.2 命名空间的使用
通过上面的学习我们知道，命名空间的引入其实是为了解决命名冲突的问题。
那现在我们想使用命名空间里的某个成员，有哪些方法呢？
我们通过一个例子给大家介绍：
但我们发现现在还不行，怎么回事？
那现在我们想使用命名空间std里的cout这些东西怎么办？
那还有没有其它方法呢？
然后还有第3种方法：
2.3 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？
3. C++输入&输出
新生婴儿会以自己独特的方式向这个崭新的世界打招呼，C++刚出来后，也算是一个新事物。
3.1 输入输出
那C++是否也应该向这个美好的世界来声问候呢？我们来看下C++是如何来实现问候的：
#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;
}
那有输出了，肯定也要有输入，C++怎么输入呢？
int main()
{
int a;
double b;
char c;
// 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;
}
3.2 说明
ps：
4. 缺省参数
缺省参数其实也是C++补的C语言的一个坑。
4.1 缺省参数概念
我们先来回忆一下：
那C++引入了缺省参数，是什么呢？
举个栗子：
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;
}
4.2 缺省参数分类
- 全缺省参数
void Func(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{
cout<<"a = "<<a<<endl;
cout<<"b = "<<b<<endl;
cout<<"c = "<<c<<endl;
}
那这时我们传参可以怎么传呢？
int main()
{
Func();
Func(1);
Func(1, 2);
Func(1, 2, 3);
return 0;
}
这样都是可以的，但是注意，不要这样搞⚠：
2. 半缺省参数
像这样：
void Func(int a, int b = 10, int c = 20)
{
cout << "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;
cout << "c = " << c << endl;
}
那我们传参就有这几种方式：
int main()
{
Func(1);
Func(1, 2);
Func(1, 2, 3);
return 0;
}
但是要注意：
//a.h
void Func(int a = 10);
// a.cpp
void Func(int a = 20)
{}
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真实的含义，即该词被重载了。
5.1 函数重载概念
在C++中呢引入了函数重载，这个也是C语言所没有的，那什么是函数重载呢？
- 参数类型不同
int Add(int left, int right)
{
cout << "int Add(int left, int right)" << endl;
return left + right;
}
double Add(double left, double right)
{
cout << "double Add(double left, double right)" << endl;
return left + right;
}
但是C++引入了函数重载就支持这种情况的出现了：
- 参数个数不同
// 2、参数个数不同
void f()
{
cout << "f()" << endl;
}
void f(int a)
{
cout << "f(int a)" << endl;
}
- 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;
}
5.2 C++支持函数重载的原理–名字修饰
首先大家思考一个问题：
那大家想一下，相比C语言的函数调用过程，这个匹配的过程会不会导致程序变慢，或者说让运行时间变长呢？
那我们继续，那在编译期间，编译器是如何对这些重载函数进行区分和匹配呢？
那具体C++是怎么对函数名进行修饰的？
相比于Windows下vs的修饰规则，Linux下g++的修饰规则简单易懂，下面我们可以看看g++对函数修饰后的名字：
Windows下名字修饰规则
最后大家再思考一个问题：如果两个函数只有函数返回值类型不同，能否构成重载？
6. 引用
6.1 引用的概念
那C++的引用又是什么东西呢？
那如何定义一个变量的引用呢？
举个栗子：
int main()
{
int a = 5;
int& b = a;
return 0;
}
我们可以验证一下：
就相当于我们给同一块空间起了很多个名字。
注意：
6.2 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之后，就不能再引用其他实体
什么意思呢？举个栗子：
那c = x;起到的效果是啥呢？
6.3 常引用
一起来看：
int a = 1;
int& b = a;
然后再看：
const int x = 5;
int& y = x;
为什么呢？
那我们说指针也具有这样的特性，我们也举个栗子：
那我们怎么才能够成功赋值呢？
那这种可不可以：
再来看这个对不对：
int Count()
{
int n = 0;
n++;
return n;
}
int main()
{
int& ret = Count();
return 0;
}
那这里也是加一个const就好了：
🆗，我们再来看一个场景：
这个行不行？
我刚开始也是这么想的，但是：
那原因在于：
那我们回过头来看这个程序：
6.4 使用场景
那引用的使用场景有哪些呢？我们一起来看一看：
1. 做参数（传参）
我们先来回忆一个问题：C语言中要想交换两个整型变量，我们是怎么做的？
那现在C++引入了引用之后，我们是不是就不用这么麻烦，再传地址过去了啊：
void Swap(int& px, int& py) {
int tmp = px;
px = py;
py = tmp;
}
int main()
{
int num1 = 1;
int num2 = 2;
Swap(num1, num2);
cout << num1 << " " << num2 << endl;
return 0;
}
2. 做返回值
那在讲引用做返回值之前，我们首先要做一些铺垫：
int Count()
{
int n = 0;
n++;
return n;
}
int main()
{
int ret = Count();
return 0;
}
那这个过程是如何将这个返回值安全的给到ret呢？
理解了上一个程序，我们再来看一个：
int Count()
{
static int n = 0;
n++;
return n;
}
int main()
{
int ret = Count();
return 0;
}
那既然编译器没有对第二种场景进行优化，那这个权力是不是就给到了我们自己手里啊？
那我们可以怎么做呢？
那我们再来看一个程序：
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;
cout << "Add(1, 2) is :" << ret << endl;
return 0;
}
大家分析一下，思考一下结果是啥？
为什么是这样的结果？
所以想告诉大家的是：
所以最后总结一下：
6.5 传值、传引用效率比较
接下来我们就通过两个程序来对比一下：
1. 值和引用的作为参数的性能比较
#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;
}
2. 值和引用的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;
}
6.6 引用和指针的区别
下面我们来看一下引用和指针的区别：
但是呢？
看这样一段代码：
int main()
{
int a = 10;
//引用
int& ra = a;
ra = 20;
//指针
int* pa = &a;
*pa = 20;
return 0;
}
我们通过调试来看一下它们的汇编代码：
总结一下，指针和引用的区别：
7. 内联函数
除了上面的内容，我们C++的祖师爷呢还觉得C语言中的宏也不是很好：
当然宏也是有一些优点的：
从宏的这些优缺点出发，C++又引入了一个新的概念——内联函数。
7.1 概念
那什么是内联函数呢？
如果是定义一个普通的函数：
那我们现在把它改成内联函数：
我们再来看一下反汇编：
怎么没起作用啊。
怎么样让它起作用呢？
然后我们再来看：
7.2 内联函数的特性
- 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。
简单解释一下：
- 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。
也就是说：
举个例子：
- 内联函数不能声明和定义分离，分离会导致链接错误
8. auto关键字(C++11)
8.1 类型别名思考
随着不断地学习，往后我们的程序会越来越复杂，程序中用到的类型也可能越来越复杂，经常体现在：
比如：
使用typedef给类型取别名确实可以简化代码，但是typedef也存在一些不好的地方。比如：
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;
}
大家看定义这两个变量有没有什么问题？
然而有时候要做到这点并非那么容易，因此C++11给auto赋予了新的含义。
8.2 auto简介
C++11中，标准委员会赋予了auto全新的含义即：
举一些例子：
我们也可以验证一下b，c，d推断出来的类型对不对：
另外：
【注意】⚠：
8.3 auto的使用细则
- auto与指针和引用结合起来使用
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;
*b = 30;
c = 40;
return 0;
}
2. 在同一行定义多个变量
int main()
{
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
return 0;
}
8.4 auto不能推导的场景
- auto声明的变量不能作为函数的参数
- auto不能直接用来声明数组
- 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
- auto在实际中最常见的优势用法就是跟以后会讲到的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)
在我们之前学的C语言以及C++98中如果要遍历一个数组，我们一般都是这样做的：
int main()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for (int* p = array; p < array + sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++p)
cout << *p << " ";
return 0;
}
因此C++11中引入了基于范围的for循环。
9.1 范围for的语法
int main()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for (auto e : array)
cout << e << " ";
return 0;
}
那如果我们现在想改变数组元素的值，可以这样写吗？
int main()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for (auto i : array)
{
i *= 2;
cout << i << " ";
}
for (auto e : array)
cout << e << " ";
return 0;
}
大家看出来了吗？是不是不行啊！
如果想改变数组元素，我们可以这样做：
int main()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for (auto& i : array)
{
i *= 2;
cout << i << " ";
}
cout << endl;
for (auto e : array)
cout << e << " ";
return 0;
}
注意⚠：
9.2 范围for的使用条件
- for循环迭代的范围必须是确定的
比如这种情况就不能用范围for：
void TestFor(int array[])
{
for(auto& e : array)
cout<< e <<endl;
}
10. 指针空值nullptr(C++11)
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：
int* p1 = NULL;
那我们来看这样一个代码：
void f(int)
{
cout << "f(int)" << endl;
}
void f(int*)
{
cout << "f(int*)" << endl;
}
int main()
{
f(0);
f(NULL);
return 0;
}
这两次函数调用会如何匹配？
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：
那由于以上这些原因呢，C++11引入了一个新关键字nullptr来表示空指针：
🆗，那这篇文章的内容就到这里，欢迎大家指正。下一篇文章开始，我们就进入C++类和对象的学习了！！！
