c++基础语法

原创

孤寂大仙_v 2024-10-21 22:13:51 ©著作权

文章标签 命名空间 #include c++ 文章分类 C/C++ 后端开发 yyds干货盘点

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C++是由Bjarne Stroustrup在1979年设计和开发的一种编程语言，最初称为“C with Classes”，后来在1983年被正式命名为C++。

一、c++的发展历史

1970年代末 - 1980年代初：诞生与早期发展 1979年：Bjarne Stroustrup在贝尔实验室开始开发一种在C语言基础上添加面向对象编程功能的语言。 1983年：语言更名为C++，其中“++”表示递增运算符，寓意为C语言的增强版。

1980年代中期 - 1990年代初：标准化与流行 1985年：发布了第一本C++ 书籍《The C++ Programming Language》，奠定了C++ 的基本语法和概念。 1989年：发布了C++ 2.0版本，引入了多重继承、抽象类和const成员函数等特性。

1990年代：国际标准化 1990年：C++ 2.1版本发布，增加了模板（templates）和异常处理（exception handling）等重要特性。 1998年：第一个国际标准化版本C++ 98发布（ISO/IEC 14882:1998），奠定了C++的基础语法和标准库。

2000年代：持续改进与新特性引入 2003年：发布了C++ 03，主要是对C++ 98进行一些修正和改进。 2005年：Boost库的流行推动了C++标准库的扩展和改进。

2010年代：现代C++ 的兴起 2011年：C++ 11发布，这是自C++ 98以来最大的更新，引入了lambda表达式、智能指针、范围for循环、自动类型推断（auto）等大量新特性，使C++ 更加现代化和高效。 2014年：C++ 14发布，主要是对C++ 11进行一些小的改进和补充。 2017年：C++17发布，增加了文件系统库、可选类型（std::optional）、并行STL算法等新特性。

2020年代：进一步标准化与优化 2020年：C++ 20发布，这是自C++ 11以来又一个重大更新，引入了概念（concepts）、协程（coroutines）、模块（modules）等大量新特性，大大提升了语言的表达能力和性能。未来发展：C++ 23预计将在2023年发布，继续改进语言特性和标准库，增强编程体验和效率。 C++的持续发展和改进，使其在高性能计算、系统编程、游戏开发、金融工程等领域保持着重要地位，并广泛应用于各种软件开发中。

C++之父：Bjarne Stroustrup（本贾尼·斯特劳斯特卢普）

二、命名空间

namespace

在C/C++ 中，变量、函数和后⾯要学到的类都是⼤量存在的，这些变量、函数和类的名称将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。c语⾔项⽬类似下⾯程序这样的命名冲突是普遍存在的问题，C++引⼊namespace就是为了更好的解决这样的问题

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

int rand=10;

int main()
{
	printf("%d\n",rand);
}

namespace的定义

定义命名空间，需要使⽤到namespace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。
namespace本质是定义出⼀个域，这个域跟全局域各⾃独⽴，不同的域可以定义同名变量，所以下⾯的rand不在冲突了
C++中域有函数局部域，全局域，命名空间域，类域；域影响的是编译时语法查找⼀个变量/函数/类型出处(声明或定义)的逻辑，所有有了域隔离，名字冲突就解决了。局部域和全局域除了会影响编译查找逻辑，还会影响变量的声明周期，命名空间域和类域不影响变量声明周期。
namespace只能定义在全局，当然他还可以嵌套定义。
项⽬⼯程中多⽂件中定义的同名namespace会认为是⼀个namespace，不会冲突。
C++标准库都放在⼀个叫std(standard)的命名空间中。

1. 正常的命名空间定义

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

namespace hbx //hbx是命名空间的名字，⼀般开发中是⽤项⽬名字做命名空间名
{
	int rand = 10;
}

int main()
{
	printf("%d\n",hbx::rand);//这⾥指定hbx命名空间中的rand
	return 0;
}

2. 命名空间可以嵌套

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
namespace hbx
{
	namespace ww
	{
		int a = 10;
	}

	namespace qq
	{
		int b = 20;
	}
}

int main()
{
	printf("%d\n", hbx::ww::a);
	printf("%d\n", hbx::qq::b);

	return 0;
}

多文件中可以定义同名namespa，他们会默认合并到一起，就像同一个namespace一样。

file1.cpp

#include <stdio.h>

namespace MyNamespace {
    void functionA() {
        printf("Function A from file1\n" );
    }
}

file2.cpp

#include <stdio.h>

namespace MyNamespace {
    void functionB() {
         printf("Function B from file2\n" );
    }
}

main,cpp

#include <iostream>

// 声明在其他文件中定义的函数
namespace MyNamespace {
    void functionA();
    void functionB();
}

int main() {
    MyNamespace::functionA();
    MyNamespace::functionB();
    return 0;
}

命名空间的使用

编译查找⼀个变量的声明/定义时，默认只会在局部或者全局查找，不会到命名空间⾥⾯去查找。所以下⾯程序会编译报错。所以我们要使⽤命名空间中定义的变量/函数，有三种⽅式：

指定命名空间访问，项⽬中推荐这种⽅式。
using将命名空间中某个成员展开，项⽬中经常访问的不存在冲突的成员推荐这种⽅式。
展开命名空间中全部成员，项⽬不推荐，冲突⻛险很⼤，⽇常⼩练习程序为了⽅便推荐使⽤。

#include <stdio.h>
namesapce hbx
{
	int a=1;
	int b=2;
}
//指定命名空间访问
int main()
{
	printf("%d\n",hbx::a);
	return 0;
}
//using将命名空间展开
using hbx::b;
int main()
{
	printf("%d\n",hbx::a);
	printf(""%d\n,b);
	return 0;
}
//展开命名空间中全部成员
using namespace hbx;
int main()
{
	printf("%d\n",a);
	printf("%d\n",b);
	return 0;
}

三、C++输⼊&输出

是 Input Output Stream 的缩写，是标准的输⼊、输出流库，定义了标准的输⼊、输出对象。
std::cin 是 istream 类的对象，它主要⾯向窄字符（narrow characters (of type char)）的标准输⼊流。
std::cout 是 ostream 类的对象，它主要⾯向窄字符的标准输出流。
std::endl 是⼀个函数，流插⼊输出时，相当于插⼊⼀个换⾏字符加刷新缓冲区。
<<是流插⼊运算符，>>是流提取运算符。（C语⾔还⽤这两个运算符做位运算左移/右移）
使⽤C++输⼊输出更⽅便，不需要像printf/scanf输⼊输出时那样，需要⼿动指定格式，C++的输⼊输出可以⾃动识别变量类型(本质是通过函数重载实现的，这个以后会讲到)，其实最重要的是C++的流能更好的⽀持⾃定义类型对象的输⼊输出。
IO流涉及类和对象，运算符重载、继承等很多⾯向对象的知识。
cout/cin/endl等都属于C++标准库，C++标准库都放在⼀个std(standard)的命名空间中，所以要通过命名空间的使⽤⽅式去⽤他们。
⼀般⽇常练习中我们可以using namespace std，实际项⽬开发中不建议using namespace std。
这⾥我们没有包含<stdio.h>，也可以使⽤printf和scanf，在包含间接包含了。vs系列编译器是这样的，其他编译器可能会报错。

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int a=10;
	double b=0.1;
	char c = 'x';
	
	cout<< a <<" "<< b <<" "<< c <<endl;//标准输出流
	printf("%d %lf\n", a, b);//c语言中的打印
	
	cin >> b >> c;//标准输入流
	scanf("%d%lf", &a, &b);//c语言中的输入
}
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//C++的输⼊输出可以⾃动识别变量类型
cin >> a;
cin >> b >> c;
cout << a << endl;
cout << b << " " << c << endl;

四、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。（有些地⽅把缺省参数也叫默认参数）

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。
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。

#include <iostream>
using namespace std;
void Func(int a=0)
{
	cout<< a << endl;
}

int main()
{
	Func();//当没有传参数时，使用参数的默认值
	Func(10);//当传参时，使用指定的参数。
}

全缺省半缺省

半缺省参数必须从右往左依次给出，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

//错误示例
//test.h
void func(int a, int b, int c = 3);
//test.c
void func(int a, int b, int c = 2)
{
	cout << a << endl;
	cout << b << endl;
	cout << c << endl;
}

缺省值必须是常量或者全局变量。

//正确示例
int x = 3;//全局变量
void func(int a, int b = 2, int c = x)
{
	cout << a << endl;
	cout << b << endl;
	cout << c << endl;
}

五、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。

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;
}

注意：返回值不同不能作为重载的条件，因为调用时也无法区分。

//错误示例
void fxx()
{
	
}

int fxx()
{
 	return 0;
}

void f1()
{
cout << "f()" << endl;
}
void f1(int a = 10)
{
cout << "f(int a)" << endl;
}
 f()但是调⽤时，会报错，存在歧义，编译器不知道调⽤谁

六、引用

引用的概念和定义

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：⽔壶传中李逵，宋江叫"铁⽜"，江湖上⼈称"⿊旋⻛"；林冲，外号豹⼦头； 类型& 引⽤别名 = 引⽤对象; C++中为了避免引⼊太多的运算符，会复⽤C语⾔的⼀些符号，⽐如前⾯的<< 和 >>，这⾥引⽤也和取地址使⽤了同⼀个符号&，⼤家注意使⽤⽅法⻆度区分就可以了。这⾥取地址我们看到是⼀样的

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，再不能引⽤其他实体这⾥并⾮让b引⽤c，因为C++引⽤不能改变指向，这⾥是⼀个赋值。

引用的使用

引⽤在实践中主要是于引⽤传参和引⽤做返回值中减少拷⻉提⾼效率和改变引⽤对象时同时改变被引⽤对象。
引⽤传参跟指针传参功能是类似的，引⽤传参相对更⽅便⼀些。
引⽤返回值的场景相对⽐较复杂。
引⽤和指针在实践中相辅相成，功能有重叠性，但是各有特点，互相不可替代。C++ 的引⽤跟其他语⾔的引⽤(如Java)是有很⼤的区别的，除了⽤法，最⼤的点，C++引⽤定义后不能改变指向，Java的引⽤可以改变指向。
⼀些主要⽤C代码实现版本数据结构教材中，使⽤C++引⽤替代指针传参，⽬的是简化程序，避开复杂的指针。

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。
不需要注意的是类似 int& rb = a3; double d = 12.34; int& rd = d; 这样⼀些场景下a3的和结果保存在⼀个临时对象中， int& rd = d 也是类似，在类型转换中会产⽣临时对象存储中间值，也就是时，rb和rd引⽤的都是临时对象，⽽C++规定临时对象具有常性，所以这⾥就触发了权限放⼤，必须要⽤常引⽤才可以。
所谓临时对象就是编译器需要⼀个空间暂存表达式的求值结果时临时创建的⼀个未命名的对象， C++中把这个未命名对象叫做临时对象。

权限问题

	int a = 10;
	const int& ra = a;

const int b = 10;
int& rb = b;

权限可以缩小不可以放大。当初始化一个变量时我们可以想成申请一块空间，这块空间时可读可写的。但是当我们用const引用这块空间的时候就变成只能可读的了。属于权限缩小。当用const引用初始变量的时候，这个变量是可读不可写的。但是当引用这个变量的时候没有const修饰是可读也可写的，属于是权限放大。

临时对象

int a = 10;
int b = 20;
int& rd = (a + b);

int a = 10;
int b = 20;
const int& rd = (a + b);

double类型

在类型转换中会产⽣临时对象存储中间值，也就是这时，rb和rd引⽤的都是临时对象，⽽C++规定临时对象具有常性，所以这⾥就触发了权限放⼤，必须要⽤常引⽤才可以。

指针和引用的关系

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。

七、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。
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。
C语⾔实现宏函数也会在预处理时替换展开，但是宏函数实现很复杂很容易出错的，且不⽅便调试，C++设计了inline⽬的就是替代C的宏函数。
vs编译器 debug版本下⾯默认是不展开inline的，这样⽅便调试，debug版本想展开需要设置⼀下以下两个地⽅。
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。
其实内联函数有点像宏，但是又优于宏。比如当我们实现一个宏时。

#define ADD(int a, int b) return a + b;
#define ADD(a, b) a + b;
#define ADD(a, b) (a + b)

上面是我们实现宏的常见错误，**#define ADD(a, b) ((a) + (b))**这是正确的。有时候我们在写宏时，为什么不能加分号？为什么要加外面的括号？这时在实现宏时就会出现很多问题。

内联函数的例子

#include<iostream>
using namespace std;
inline int Add(int x, int y)
{
int ret = x + y;
ret += 1;
ret += 1;
ret += 1;
return ret;
}
int main()
{
// 可以通过汇编观察程序是否展开
// 有call Add语句就是没有展开，没有就是展开了
int ret = Add(1, 2);
cout << Add(1, 2) * 5 << endl;
return 0;
}

八、nullptr

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

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。所以我们在以后的c++中，定义空指针用nullptr。