C++ 入门基础：开启编程之旅

引言

C++ 是一种高效、灵活且功能强大的编程语言，广泛应用于系统软件、游戏开发、嵌入式系统、科学计算等多个领域。作为 C 语言的扩展，C++ 不仅继承了 C 语言的过程化编程特性，还增加了面向对象编程（OOP）的支持，使得代码更加模块化、易于管理和复用。本文将带你走进 C++ 的世界，从基础语法开始，逐步掌握这门强大的编程语言。

一、C++的第⼀个程序

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，linux下要用g++编译，不再是gcc

 // test.cpp
#include <stdio.h>
int main()
{printf("hello world\n");return 0;
}

同时C++也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。

// test.cpp
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{cout << "hello world\n" << endl;return 0;
}

二、命名空间

1、namespace

在C/C++中，变量、函数和类都是大量存在的，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关键字就是针对这种问题的。

2、namespace的定义

1.定义命名空间，需要使用namespace关键字，后面加上命名空间名字，然后接一对{ }即可，{ }中即为命名空间的成员。
2.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。
3.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，所以产生了域隔离，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。
4.namespace只能定义在全局，当然他还可以嵌套定义。
5. 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。
6. C++标准库都放在⼀个叫std(standard)的命名空间中。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
// 正常的命名空间定义
namespace xz
{// 命名空间中可以定义变量/函数/类型int rand = 10;int Add(int left, int right){return left + right;} 
} 
int main()
{// 这⾥默认是访问的是全局的rand函数指针printf("%p\n", rand);// 这⾥指定xz命名空间中的randprintf("%d\n", xz::rand);return 0;
}

三、C++输入 与 输出

1. 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。
2.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。
3.std::cout 是 ostream 类的对象，它主要面向窄字符的标准输出流。
4.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。
5.<<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）
6.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。
7.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。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{int a = 0;double b = 0.1;char c = 'x';cout << a << " " << b << " " << c << endl;std::cout << a << " " << b << " " << c << std::endl;scanf("%d%lf", &a, &b);printf("%d %lf\n", a, b);// 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;
}

四、缺省参数

1.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）
2.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。
3.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。
4.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;
// 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;
}

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。

#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;
}
// 返回值不同不能作为重载条件，因为调⽤时也⽆法区分
//void fxx()
//{
//
//}
//int fxx()
//{
// 	 return 0;
//}
// 下⾯两个函数构成重载
// f()但是调⽤时，会报错，存在歧义，编译器不知道调⽤谁
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;
}

六、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。比如：水浒传中宋江，外号“及时雨”;林冲，外号“豹子头”； 类型&引用别名 = 引用对象; 这里引用也和C语言取地址使用了同一个符号&，大家注意使用方法角度区分就可以。

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{int a = 0;// 引⽤：b和c是a的别名int& b = a;int& c = a;// 也可以给别名b取别名，d相当于还是a的别名int& d = b;++d;// 这⾥取地址我们看到是⼀样的cout << &a << endl;cout << &b << endl;cout << &c << endl;cout << &d << endl;return 0;
}

2、引用的特性

1.引用在定义时必须初始化
2.一个变量可以有多个引用
3.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 = 10;// 编译报错：“ra”: 必须初始化引⽤//int& ra;int& b = a;int c = 20;// 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b = c;cout << &a << endl;cout << &b << endl;cout << &c << endl;return 0;
}

3、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，指针是大哥，引用是小弟，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。
1.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。
2.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。
3.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。
4.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。
5.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8字节)
6.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

1.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。
2.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。
3.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。
4.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。
5.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。

#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

1.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。
2.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 << "f(int x)" << endl;
} 
void f(int* ptr)
{cout << "f(int* ptr)" << endl;
} 
int main()
{f(0);// 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(NULL);f((int*)NULL);// 编译报错：error C2665: “f”: 2 个重载中没有⼀个可以转换所有参数类型// f((void*)NULL);f(nullptr);return 0;
}