C/C++教程
基础知识【C++入门】
1、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，
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>
using namespace std;
int main()
{
cout<<"Hello world!!!"<<endl;
return 0;
}
说明：
- 使用cout标准输出(控制台)和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<iostream.h>格式，后续编译器已不支持，因此推荐使用 < iostream>+std的方式。 - 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
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
int a;
double b;
char c;
cin>>a;
cin>>b>>c;
cout<<a<<endl;
cout<<b<<" "<<c<<endl;
return 0;
}
2、 缺省参数
大家知道什么是备胎吗？
C++中函数的参数也可以配备胎。
2.1 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 TestFunc(int a = 0)
{
cout<<a<<endl;
}
int main()
{
TestFunc(); // 没有传参时，使用参数的默认值
TestFunc(10); // 传参时，使用指定的实参
}
2.2 缺省参数分类
· 全缺省参数
void TestFunc(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{
cout<<"a = "<<a<<endl;
cout<<"b = "<<b<<endl;
cout<<"c = "<<c<<endl;
}
·半缺省参数
void TestFunc(int a, int b = 20, int c = 30)
{
cout<<"a = "<<a<<endl;
cout<<"b = "<<b<<endl;
cout<<"c = "<<c<<endl;
}
注意：
- 半缺省参数必须从右往左依次来给出，不能间隔着给
- 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现
//a.h
void TestFunc(int a = 10);
// a.c
void TestFunc(int a = 20)
{}
// 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。
- 缺省值必须是常量或者全局变量
- C语言不支持（编译器不支持）
3、 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。
比如：以前有一个笑话，中国有两个体育项目大家根本不用看，也不用担心。一个是乒乓球，一个是男足。前
者是“谁也赢不了！”，后者是“谁也赢不了！”
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
int Add(int left, int right)
{
return left+right;
}
double Add(double left, double right)
{
return left+right;
}
long Add(long left, long right)
{
return left+right;
}
int main()
{
Add(10, 20);
Add(10.0, 20.0);
Add(10L, 20L);
return 0;
}
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;
}
显然不属于，由概念可知，重载和返回类型无关，函数重载首先函数名得一样，然后参数的类型 个数 顺序（这三个只要有一个不一样）就构成函数重载。
4、 引用
4.1 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。
比如：李逵，在家称为"铁牛"，江湖上人称"黑旋风"。
类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；
void TestRef()
{
int a = 10;
int& ra = a;//<====定义引用类型
printf("%p\n", &a);
printf("%p\n", &ra);
}
注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的
4.2 引用特性
- 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，再不能引用其他实体
void TestRef()
{
int a = 10;
// int& ra; // 该条语句编译时会出错
int& ra = a;
int& rra = a;
printf("%p %p %p\n", &a, &ra, &rra);
}
4.3 常引用
void TestConstRef()
{
const int a = 10;
//int& ra = a; // 该语句编译时会出错，a为常量
const int& ra = a;
// int& b = 10; // 该语句编译时会出错，b为常量
const int& b = 10;
double d = 12.34;
//int& rd = d; // 该语句编译时会出错，类型不同
const int& rd = d;
}
4.4 使用场景
1. 做参数
void Swap(int& left, int& right)
{
int temp = left;
left = right;
right = temp;
}
2. 做返回值
int& Count()
{
static int n = 0；
n++;
// ...
return n;
}
下面代码输出什么结果？为什么？
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;
}
这里ret是Add的别名，实际上就是Add(3,4);
注意：如果函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象还未还给系统，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。
4.5 传值、传引用效率比较
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。
#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;
}
4.5.2 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;
}
通过上述代码的比较，发现传值和指针在作为传参以及返回值类型上效率相差很大。
4.6 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;
}
我们来看下引用和指针的汇编代码对比：
引用和指针的不同点:
- 引用在定义时必须初始化，指针没有要求
- 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
- 没有NULL引用，但有NULL指针
- 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)
- 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
- 有多级指针，但是没有多级引用
- 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
- 引用比指针使用起来相对更安全
5、 内联函数
5.1 概念
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，没有函数压栈的开销， 内联函数提升程序运行的效率。
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
int main()
{
int ret = 0;
ret = Add(1, 2);
return 0;
}
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：
- 在release模式下，查看编译器生成的汇编代码中是否存在call Add
- 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vs2019的设置方式)
5.2 特性
- inline是一种以空间换时间的做法，省去调用函数额开销。所以代码很长或者有循环/递归的函数不适宜
使用作为内联函数。 - inline对于编译器而言只是一个建议，编译器会自动优化，如果定义为inline的函数体内有循环/递归等
等，编译器优化时会忽略掉内联。 - inline不建议声明和定义分离，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。
// 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;
}
链接错误：main.obj : error LNK2019: 无法解析的外部符号 “void __cdecl f(int)” (?f@@YAXH@Z)，该符号在函数 _main 中被引用
【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。（因为预编译阶段进行了替换）
2.导致代码可读性差，可维护性差，容易误用。
3.没有类型安全的检查 。
C++有哪些技术替代宏？
- 常量定义 换用const
- 函数定义 换用内联函数
6. auto关键字(C++11)
6.1 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，但遗憾的是一直没有人去使用它，大家可思考下为什么？
C++11中，标准委员会赋予了auto全新的含义即：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。
【注意】
使用auto定义变量时必须对其进行初始化，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替换为变量实际的类型。
6.2 auto的使用细则
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&
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
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。
6.3 auto不能推导的场景
1. auto不能作为函数的参数
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
2. auto不能直接用来声明数组
3. 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
4. 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。
7. 基于范围的for循环(C++11)
7.1 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。
void TestFor()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for(auto& e : array)
e *= 2;
for(auto e : array)
cout << e << " ";
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。
7.2 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。(关于迭代器这个问题，以后会讲，现在大家了解一下就可以了)
8. 指针空值nullptr(C++11)
8.1 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合适的初始值，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;
int* p2 = 0;
// ……
}
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：
#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，都不可避免的会遇到一些麻烦，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。
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。
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