C++的入门——(命名空间， 输入输出 ，缺省参数 ，函数重载 ，引用， 内联函数 ，nullptr)

引言

c++兼容C语⾔

C++兼容C语⾔绝⼤多数的语法 ，所以C语⾔实现的hello world！依旧可以运⾏，C++中需要把定义⽂件代码后缀改为.cpp，vs编译器看到是.cpp就会调⽤C++编译器编译。

当然C++有⼀套⾃⼰的输⼊输出，严格说C++版本的hello world应该是这样写的

c++的重要性

TIOBE排⾏榜 是根据互联⽹上有经验的程序员、课程和第三⽅⼚商的数量，并使⽤搜索引擎（如Google、Bing、Yahoo!）以及Wikipedia、Amazon、YouTube和Baidu（百度）统计出排名数据，只是反映某个编程语⾔的热⻔程度，并不能说明⼀⻔编程语⾔好不好，或者⼀⻔语⾔所编写的代码数量多少。

2024年7⽉TIOBE发布的编程语⾔排⾏榜

C++在⼯作领域中的应⽤

C++的应⽤领域服务器端、游戏（引擎）、机器学习引擎、⾳视频处理、嵌⼊式软件、电信设备、⾦融应⽤、基础库、操作系统、编译器、基础架构、基础⼯具、硬件交互等很多⽅⾯都有。

1. ⼤型系统软件开发 。如编译器、数据库、操作系统、浏览器等等
2. ⾳视频处理。常⻅的⾳视频开源库和⽅案有FFmpeg、WebRTC、Mediasoup、ijkplayer，⾳视频开发最主要的技术栈就是C++。
3. PC客⼾端开发。⼀般是开发Windows上的桌⾯软件，⽐如WPS之类的，技术栈的话⼀般是C++和
   QT，QT是⼀个跨平台的C++图形⽤⼾界⾯（Graphical User Interface，GUI）程序。
4. 服务端开发。各种⼤型应⽤⽹络连接的⾼并发后台服务。这块Java也⽐较多，C++主要⽤于⼀些对性能要求⽐较⾼的地⽅。如：游戏服务、流媒体服务、量化⾼频交易服务等
5. 游戏引擎开发。很多游戏引擎就都是使⽤C++开发的，游戏开发要掌握C++基础和数据结构，学习图形学知识，掌握游戏引擎和框架，了解引擎实现，引擎源代码可以学习UE4、Cocos2d-x等开源
   引擎实现。
6. 嵌⼊式开发。嵌⼊式把具有计算能⼒的主控板嵌⼊到机器装置或者电⼦装置的内部，通过软件能够控制这些装置。⽐如：智能⼿环、摄像头、扫地机器⼈、智能⾳响、⻔禁系统、⻋载系统等等，粗略⼀点，嵌⼊式开发主要分为嵌⼊式应⽤和嵌⼊式驱动开发。
7. 机器学习引擎。机器学习底层的很多算法都是⽤C++实现的，上层⽤python封装起来。如果你只想准备数据训练模型，那么学会Python基本上就够了，如果你想做机器学习系统的开发，那么需要学会C++。
8. 测试开发/测试 。每个公司研发团队，有研发就有测试，测试主要分为测试开发和功能测试，测试开发⼀般是使⽤⼀些测试⼯具(selenium、Jmeter等)，设计测试⽤例，然后写⼀些脚本进⾏⾃动化测试，性能测试等，有些还需要⾃⾏开发⼀些测试⽤具。功能测试主要是根据产品的功能，设计测试⽤例，然后⼿动的⽅式进⾏测试。

一、命名空间

namespace的价值

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

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，后面没有‘ ，’，{}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。

此时两个mihayou会合并在一起

• C++标准库都放在⼀个叫std(standard)的命名空间中。

访问全局变量时，在变量前面加上域操作符：：就行了

命名空间使⽤

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。

二、 C++输⼊&输出

• < iostream > 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）
• cout/cin/endl等都属于C++标准库 ，C++标准库都放在⼀个叫 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。

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int a = 0;
	char b = '0';
	double c = 0.0;
	cin >> a >> b >> c;
	cout << a << endl << b << endl << c << endl;
	return 0;
}

可以看到使⽤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，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。

三、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。

#include <iostream>
using namespace std;

void print(int n = 1)
{
	cout << n << endl;
}

int main()
{
	print();
	print(10);
	return 0;
}

#include <iostream>
using namespace std;

//全缺省
void print1(int a = 1,int b = 1,int c = 1)
{
	cout << a << " " << b << " " << c << endl;
}

//半缺省
void print2(int a, int b , int c = 1)
{
	cout << a << " " << b << " " << c << endl;
}

int main()
{
	print1();
	print1(6,6,6);
	print2(10,20);
	print2(10,20,30);
	return 0;
}

• 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

//ex.h
#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
namespace mihayou
{
	int play = 66;
}

void print(int a = 1, int b = 1);

//test.cpp
#include "ex.h"
#include <iostream>
using namespace std;

//error C2572: “print”: 重定义默认参数 : 参数 1
//error C2572: “print”: 重定义默认参数 : 参数 2
void print(int a = 2, int b = 2)
{

}


int main()
{
	
	return 0;
}

四、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。

下面我们介绍函数重载的要求

1、参数类型不同

#include <iostream>
using namespace std;

int add(int a, int b)
{
	return a + b;
}

double add(double a, double b)
{
	return a + b;
}

int main()
{
	cout << add(1, 5) << endl;
	cout << add(1.1, 5.5) << endl;
	return 0;
}

2、参数个数不同

#include <iostream>
using namespace std;

int add(int a, int b)
{
	return a + b;
}

int add(int a, int b,int c)
{
	return a + b + c;
}

int main()
{
	cout << add(1, 5) << endl;
	cout << add(1, 5, 9) << endl;
	return 0;
}

3、参数类型顺序不同

#include <iostream>
using namespace std;

double add(int a, double b)
{
	return a + b;
}

double add(double a,int b)
{
	return a + b;
}

int main()
{
	cout << add(1, 5.5) << endl;
	cout << add(1.1, 5) << endl;
	return 0;
}

注意：返回值不同不能作为重载条件，因为调⽤时也⽆法区分

#include <iostream>
using namespace std;

void add(int a, double b)
{
	;
}

//error“double add(int,double)”: 
//重载函数与“void add(int,double)”只是在返回类型上不同
double add(int a, double b)
{
	return a + b;
}

int main()
{
	
	return 0;
}

注意：在无参数函数与全缺省函数重载时，调⽤该函数，会报错，存在歧义，编译器不知道调⽤谁

#include <iostream>
using namespace std;

void add()
{
	;
}

void add(int a = 10)
{
	;
}

int main()
{
	// error C2668: “add”: 对重载函数的调用不明确
	add();
	return 0;
}

五、引⽤

1、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。

引用的定义：

类型& 引⽤别名 = 引⽤对象;

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
	int a = 0;
	//b,c是a的别名
	int& b = a;
	int& c = a;
	//还可以给别名取别名
	int& d = b;
	//它们指向的地址都是一样的
	cout << &a << endl;
	cout << &b << endl;
	cout << &c << endl;
	cout << &d << endl;
	//别名的改变会影响原来的数据
	d++;
	cout << a << endl;
	cout << b << endl;
	cout << c << endl;
	cout << d << endl;
	return 0;
}

从上面我们可以看过，a,b,c,d确实是指向同一个内存空间的

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，再不能引⽤其他实体

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int a = 0;
	int& b = a;
	int c = 10;
	//这里不是让b指向c，,因为C++的引用不能改变指向
	// 这里是将c的值赋给b
	b = c;
	cout << &a << endl;
	cout << &b << endl;
	cout << &c << endl;
	return 0;
}

3、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。
• 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

4、 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。

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
	const int a = 10;
	const int& ra = a;

	int b = 20;
	const int& rb = b;

	return 0;
}

• 需要注意的是类似 int& ra = a * 3; double d = 12.34; int& rd = d; 这样⼀些场景下a * 3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，也就是说，ra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。

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int a = 10;
	//error C2440: “初始化”: 无法从“int”转换为“int &”
	//int& ra = a * 3;
	const int& ra = a * 3;

	double d = 20;
	//error C2440: “初始化”: 无法从“double”转换为“int &”
	//int& rd = d;
	const int& rd = d;
	return 0;
}

• 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。

在 C++ 中，临时变量通常会在以下几个情况下创建：

1、函数返回值：当函数返回一个简单类型（如 int、float 等），如果没有显式指定返回类型，编译器会隐式地创建一个临时局部变量来存储返回值。

2、参数传递：当函数接受简单类型的参数时，实参和形参之间的值会通过拷贝构造函数复制给临时变量。如 果是引用或指针，则不会创建新的临时变量。

3、表达式求值：在算术表达式、逻辑表达式等计算过程中，可能会创建临时变量来存储中间结果。

4、赋值操作：在赋值语句 a = b 中，如果 a 和 b 类型不匹配或其中一个为常量，系统会生成临时变量用于 交换它们的值。

5、括号展开：当使用括号改变运算顺序时，例如 (a + b) * c，会创建临时变量来存储 (a + b) 的结果。

6、强制类型转化。强转的结果会放在一个临时变量中。

5、引用与指针的不同点：

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。

六、内联函数——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不需要建⽴栈帧了，就可以提⾼效率。

#include <iostream>
using namespace std;

inline void add(int a, int b)
{
	cout << a + b << endl;
}

int main()
{
	add(1, 2);
	return 0;
}

• 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。
• 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

//ex.h
#pragma once
#include <iostream>
using namespace std;

inline void add(int a, int b);

//add.cpp
#include "ex.h"
void add(int a, int b)
{
	cout << a + b << endl;
}

//test.cpp
#include "ex.h"

int main()
{
	//链接错误：无法解析的外部符号 "void __cdecl add(int,int)" (?add@@YAXHH@Z)，
	// 函数 main 中引用了该符号
	add(1, 2);
	return 0;
}

七、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。

#include <iostream>
using namespace std;

void f(int x)
{
	cout << 1 << endl;
}

void f(int* a)
{
	cout << 2 << endl;
}

int main()
{
	f(1);
	f(NULL);
	//error:“void f(int *)”: 无法将参数 1 从“void *”转换为“int *”
	//f((void*)NULL);
	return 0;
}

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

#include <iostream>
using namespace std;

void f(int x)
{
	cout << 1 << endl;
}

void f(int* a)
{
	cout << 2 << endl;
}

int main()
{
	f(1);
	f(nullptr);
	return 0;
}

所以我们在使用C++时，就不要用NULL了，尽量使用nullptr去表示空指针