C++初阶1：入门
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一、前言
C++是一种广泛使用的高级编程语言，最早由比尔·古德斯特（Bjarne Stroustrup）在1979年于AT&T贝尔实验室研发。C++的设计初衷是为了在保留C语言高效和灵活性的基础上，增加面向对象编程的能力。
所以C++其实是可以兼容C语言的，而且C++更像是把C语言中一些不好解决并且复杂的东西变得简单化。
二、第一个C++程序
我们在学习C语言时写的第一个程序是
#include <stdio.h>
int main()
{
printf("hello world\n");
return 0;
}那我们在学习C++的时候也是如此，上面的代码在C++的环境下也可以执行，但我们更正宗的写法是
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
cout << "hello world" << '\n' << endl;
return 0;
}我们接下来就帮助大家看懂这个代码
三、命名空间
C++这个命名空间的概念可以帮助我们解决下面这种命名定义重复的问题
namespace是一个关键字，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。命名空间中可以定义变量/函数/类型等。如下
namespace cqw
{
int rand = 10;
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
struct Node
{
struct Node* next;
int val;
};
}
int main()
{
printf("%p\n", rand);
printf("%d\n", cqw::rand);
return 0;
}第一个rand是头文件stdlib中的函数，所以打印出了它的指针，第二个rand是命名空间cqw中的变量，所以打印出了它的值。
namespace本质是定义出一个域，这个域跟全局域相互独立，不同的域可以定义同名变量，所以下面的rand不在冲突了。如果在一个工程中不同的文件定义同名的namespace是可以被认为是同一个namespace。
C++的标准库都是存放在一个叫std的namespace（命名空间）中。
我们学习C语言的时候知道我们使用头文件的会加
.h
，这是表示在后续的代码进行编译处理的时候是把头文件里面的东西展开的，所以我们在使用C++标准库的时候要用
using namespace std;
把标准库的内容手动展开。
四、输入和输出
C++ 的输入输出通过标准库
<iostream> 提供，主要使用
cin（标准输入）、
cout（标准输出）和
cerr（标准错误流）。
使用cout时配合运算符<<使用，使用cin时配合运算符>>使用，它们一行可以输出一个也可以输出很多个，重点是这两个输入与输出和C语言中的相比没有%d%f%c%s的使用，编译器可以自己进行识别。
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
cout << "10" << '\n' << "20" << endl;
cout << "10" << '\n' << endl;
std::cout << "20" << '\n' << endl;
return 0;
}int main()
{
int a = 0;
int b = 0;
cin >> a;
cout << a << endl;
cin >> a >> b;
cout << a << ' ' << b << endl;
return 0;
}多练习才能熟练。
五、缺省参数
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，缺省参数分为全缺省和半缺省参数
void Foun(int a = 10)
{
cout << a << endl;
}
int main()
{
Foun();
Foun(20);
return 0;
}全缺省就是全部形参给缺省值，半缺省就是部分形参给缺省值。C++规定半缺省参数必须从右往左 依次连续缺省，不能间隔跳跃给缺省值。 带缺省参数的函数调用，C++规定必须从左到右依次给实参，不能跳跃给实参。
// 全缺省
void Func1(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{
cout << "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;
cout << "c = " << c << endl << endl;
}
// 半缺省
void Func2(int a, int b = 10, int c = 20)
{
cout << "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;
cout << "c = " << c << endl << endl;
}
int main()
{
Func1();
Func1(1);
Func1(1, 2);
Func1(1, 2, 3);
Func2(100);
Func2(100, 200);
Func2(100, 200, 300);
return 0;
}
还有一点就是函数声明和定义分离时，缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现，规定必须函数声明给缺省值。
就比如下面
#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
STDataType* a;
int top;
int capacity;
}ST;
void STInit(ST* ps, int n = 4);
void STInit(ST* ps, int n)
{
assert(ps && n > 0);
ps->a = (STDataType*)malloc(n * sizeof(STDataType));
ps->top = 0;
ps->capacity = n;
}六、函数重载
C++⽀持在同⼀作⽤域中出现同名函数，但是要求这些同名函数的形参不同，可以是参数个数不同或者类型不同。这样C++函数调用就表现出了多态行为，使用更灵活。C语言是不支持同一作用域中出现同名函数的。
#include<iostream>
using namespace std;
// 1、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;
}
// 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;
}
// 返回值不同不能做成重载条件
// 调用时无法区分
//void fxx()
//{}
//
//int fxx()
//{
// return 0;
//}
//
//构成重载但f1()会报错
void f1()
{
cout << "f()" << endl;
}
void f1(int a = 10)
{
cout << "f(int a)" << endl;
}
int main()
{
Add(10, 20);
Add(10.1, 20.2);
f();
f(10);
f(10, 'a');
f('a', 10);
return 0;
}七、引用
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。就相当于给一个人起了一个外号，你叫它的名字和外号都是它。
我们要注意
引用在定义时必须初始化，一
个变量可以有多个引用，
引用以旦引用一个实体，再不能引用其他实体。
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
int a = 0;
int& b = a;
int& c = a;
int& d = b;
a++;
cout << a << endl;
cout << b << endl;
cout << c << endl;
cout << d << endl;
return 0;
}引用传参和指针传参的功能很类似，而且在一定情况下引用传参比指针传参更加方便。就比如我们之前写过的交换数字的函数。
//指针
void Swap(int* p, int* q)
{
int tmp = *p;
*p = *q;
*q = tmp;
}
//引用
void Swap2(int& p, int& q)
{
int tmp = 0;
tmp = p;
p = q;
q = tmp;
}
int main()
{
int x = 0, y = 1;
cout << x << " " << y << endl;
Swap(&x, &y);
cout << x << " " << y << endl;
int a = 3, b = 4;
cout << a << " " << b << endl;
Swap2(a, b);
cout << a << " " << b << endl;
return 0;
}
引用在实践中用做引用传参和引用做返回值中减少拷贝提高效率和改变引引用对象时同时改变被 引用对象。就比如我们写了一个栈要改变栈顶元素如果使用引用就可以直接把它改变。
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
STDataType* a;
int top;
int capacity;
}ST;
void STInit(ST& rs, int n = 4)
{
rs.a = (STDataType*)malloc(n * sizeof(STDataType));
rs.top = 0;
rs.capacity = n;
}
// 栈顶
void STPush(ST& rs, STDataType x)
{
// 满了， 扩容
if (rs.top == rs.capacity)
{
printf("扩容\n");
int newcapacity = rs.capacity == 0 ? 4 : rs.capacity * 2;
STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(rs.a, newcapacity *
sizeof(STDataType));
if (tmp == NULL)
{
perror("realloc fail");
return;
}
rs.a = tmp;
rs.capacity = newcapacity;
}
rs.a[rs.top] = x;
rs.top++;
}
// int STTop(ST& rs)
int& STTop(ST& rs)
{
assert(rs.top > 0);
return rs.a[rs.top - 1];
}
int main()
{
ST st1;
STInit(st1);
STPush(st1, 1);
STPush(st1, 2);
cout << STTop(st1) << endl;
STTop(st1) += 10;
cout << STTop(st1) << endl;
return 0;
}
const引用
可以引用一个const对象，但是必须用const引用。const引用也可以引用普通对象，因为对象的访
问权限在引用过程中可以缩小，但是不能放大。换句话理解来说就是const算是把一个变量的访问权限就缩小了（限定固定下来了），但是引用时你引用的那个新的变量可以随意变化，这肯定不行。但如果是引用的那个新变量被const，是可以的。
int main()
{
//err
//放大权限
const int a = 0;
int& b = a;
//缩小权限
int a = 0;
const int& b = a;
//
const int a = 0;
const int& b = a;
return 0;
}还有下面一些类型转化和常量情况下有权限放大的风险，所以必须用const引用。
int main()
{
int a = 10;
int& b = 30;//错误，常量涉及访问权限放大
const int& b = 30;//正确
int& ra = a * 3;//错误，a*3是临时对象具有常性涉及访问权限放大
const int& ra = a * 3;//正确
double d = 12.1;
int& rb = d;//错误，类型转化涉及访问权限放大
const int& rb = d;//正确
return 0;
}C++中指针和引⽤就像两个性格迥异的亲兄弟，指针是哥哥，引⽤是弟弟，在实践中他们相辅相成，功能有重叠性，但是各有⾃⼰的特点，互相不可替代。
语法概念上引⽤是⼀个变量的取别名不开空间，指针是存储⼀个变量地址，要开空间。引⽤在定义时必须初始化，指针建议初始化，但是语法上不是必须的。引⽤在初始化时引⽤⼀个对象后，就不能再引⽤其他对象；⽽指针可以在不断地改变指向对象。 引⽤可以直接访问指向对象，指针需要解引⽤才是访问指向对象。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，64位下是8byte) 。指针很容易出现空指针和野指针的问题，引⽤很少出现，引⽤使⽤起来相对更安全⼀些。
八、inline
用inline修饰的函数叫做内联函数，编译时C++编译器会在调用的地方展开内联函数，这样调用内联函数就需要建立栈帧了，就可以提高效率。它的出现其实是为了解决我们C语言中使用宏的一些弊端。就比如我们如果用宏去定义一个加法函数是这样的（注意：宏的本质是替代），用内联函数就是那样
//用宏
#define ADD(x,y) ((x)+(y))
//用内联函数
inline int ADD1(int x, int y)
{
return x + y;
}
int main()
{
int a = ADD(10, 20);
cout << a << endl;
int b = ADD1(1, 2);
cout << b << endl;
return 0;
}乍一看是不是认为宏还好，但正是因为宏是直接代替所以有很多麻烦，就像我们刚刚写个简单的加法函数还需要考虑那么多，加那么多括号也是因为我们需要考虑直接代替会有一系列操作符的优先顺序的问题。
inline对于编译器而言只是一个建议，也就是说，你加了inline编译器也可以选择在调用的地方不展
开，不同编译器关于inline什么情况展开各不相同，因为C++标准没有规定这个。inline适用于频繁
调用的短小函数，对于递归函数，代码相对多⼀些的函数，加上inline也会被编译器忽略。而且
inline不建议声明和定义分离到两个文件，分离会导致链接错误。因为inline被展开，就没有函数地
址，链接时会出现报错。
// 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;
}九、nullptr
NULL实际是⼀个宏，在传统的C头文件(stddef.h)中代码如下
#ifndef NULL
#ifdef __cplusplus
#define NULL 0
#else
#define NULL ((void *)0)
#endif
#endif
C++中NULL可能被定义为字面常量0，或者C中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，本想通过f(NULL)调用指针版本的
f(int*)函数，但是由于NULL被定义成0，调用了f(int x)，因此与程序的初衷相悖。f((void*)NULL);
调用会报错。
C++11中引⼊nullptr，nullptr是⼀个特殊的关键字，nullptr是⼀种特殊类型的字面量，它可以转换
成任意其他类型的指针类型。使用nullptr定义空指针可以避免类型转换的问题，因为nullptr只能被
隐式地转换为指针类型，而不能被转换为整数类型。
void f(int x)
{
cout << "f(int x)" << endl;
}
void f(int* ptr)
{
cout << "f(int* ptr)" << endl;
}
int main()
{
f(0);//no
f(NULL);//no
f((int*)NULL);//no
f(nullptr);//yes
return 0;
}
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