C++基础知识

一、命名空间

1.1、namespace的价值

1.2、namespace的定义

1.3、命名空间的使用

1.3.1、直接展开命名空间

1.3.2、using 将命名空间中某个成员展开

1.3.3、指定命名空间访问

二、C++输入和输出

三、缺省参数

四、函数重载

五、引用

5.1、引用的概念和定义

5.2、引用的特性

5.2.1、引⽤在定义时必须初始化。

5.2.2、⼀个变量可以有多个引⽤。

5.2.3、引⽤⼀旦引⽤⼀个实体，再不能引⽤其他实体。

5.3、引用的使用

5.4、const引用

5.5、指针和引用的关系

六、内联（inline）

七、nullptr

八、auto

九、范围for

一、命名空间

1.1、namespace的价值

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关键字的出现就是针对这种问题的。例如：

上述代码中，rand 是全局变量，同时也是stdlib.h头文件中的一个函数，这里我们和库之间命名冲突，所以代码在编译时会报错。C语⾔项⽬类似上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。

1.2、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。例如：

通过上述方式就解决了命名冲突的问题，这里的warning是因为这里rand调用的是库里的函数，而函数名代表函数地址，打印地址用%p，所以这里报了警告。

注意：编译器默认会在当前局部域查找，然后再去全局域查找，如果命名空间被打开，还会在命名空间查找，如果命名空间没有打开，默认不会上命名空间中查找，上述代码就是因为命名空间没有打开，所以调用的是库里的函数，而不是变量rand。

命名空间中可以定义变量/函数/类型等。例如：

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。例如：

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，还会影响变量的⽣命周期，命名空间域和类域不影响变量⽣命周期。

namespace只能定义在全局，当然他还可以嵌套定义。例如：

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。例如：

1.3、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。我们要使⽤命名空间中定义的变量/函数，有三种⽅式：

1.3.1、直接展开命名空间

语法：using + namespace + 命名空间名称。

当命名空间展开后，外部就可以访问到命名空间内部的成员。例如：

但是展开命名空间也会导致一些同名变量的调用歧义，所以要谨慎展开命名空间。例如：

当命名空间里的变量和全局变量同名时：

当不同命名空间变量同名时：

1.3.2、using 将命名空间中某个成员展开

语法：using + 命名空间名称 + ::(两个英文的冒号) + 要使用的成员。例如：

通过上述代码中红色标识的部分将 bit2 命名空间中的 num 成员展开，这样就可以在外部直接访问到 num 变量了。

1.3.3、指定命名空间访问

语法：命名空间名称 + ::(两个英文的冒号) + 想访问的成员。例如：

当局部域和命名空间里的成员名称冲突时，可以通过这种方式进行访问。（指定命名空间时，访问到的是命名空间的成员，不指定时访问到的是局部域的成员）例如：

当局部变量和全局变量命名冲突时会优先访问局部变量，如果想访问全局变量可以通过：：（两个英文冒号） + 全局变量名，进行访问。

二、C++输入和输出

<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）。

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)，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。

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。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。

示例：

这⾥我们虽然没有包含<stdio.h>，但是也可以使⽤printf和scanf，因为包含<iostream>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。

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。例如：

函数也可以有多个缺省值。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。例如：

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（不一定要一半给一半不给，只要既有缺省形参又有非缺省形参就是半缺省）。

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。

注意：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。

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形参类型不同，或者不同类型的形参顺序不同。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。例如：

1.参数类型不同

2.参数个数不同

3.不同类型的形参顺序不同

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。同样的形参但缺省值不同无法构成重载。且重载函数必须在同一作用域。

下⾯两个函数构成重载，但是 f()调⽤时，会报错，存在歧义，编译器不知道调⽤谁。这是因为第一个函数没有形参，而第二个函数全缺省，不需要传入形参，当不传参调用时，两个函数都可以被调用，编译器不知道该调用谁，发生调用歧义，引起报错。

五、引用

5.1、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。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>>，这⾥引⽤也和取地址使⽤了同⼀个符号&。

语法：类型 & 引⽤别名 = 引⽤对象;

示例：

5.2、引用的特性

5.2.1、引⽤在定义时必须初始化。

5.2.2、⼀个变量可以有多个引⽤。

5.2.3、引⽤⼀旦引⽤⼀个实体，再不能引⽤其他实体。

5.3、引用的使用

引⽤在实践中主要是引⽤传参和在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。例如：

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。

5.4、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。例如：

解释：上述代码会报错是因为 a 被const 修饰，所以 a 不允许被修改，a 的权限是只读的，但是ra 没有被const修饰，是可读可写的，把只读的 a 给可读可写的 ra，权限被放大了，这是不允许的。

解释：上述代码中 ra 和 a 都被 const 修饰了，所以都是只读的，让 ra 引用 a 属于权限的平移。这是可以的。（a和ra都不可以被更改）

解释：b 是可读可写的，rb 是只读的，rb 引用 b ，属于权限的缩小，这是可以的，即权限可以平移和缩小，但不可以放大。（b是可以修改值的，但是 rb 不可以修改，但是因为 rb 是 b 的引用，所以 b 改变后，rb 会跟着改变）

不过需要注意的是类似 int& rb = 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，d 是 double 类型的，让 int 类型的 rd 引用 double 类型的 d 会发生类型转化，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。如图：

上述代码报错就是因为真正赋给引用的是临时变量，而临时变量具有常性，只是可读的，但引用是可读可写的，所以权限放大了，导致报错。给每一个引用加上const修饰就好了。

加上 const 后属于权限的平移。

注意：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。

5.5、指针和引用的关系

（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。

六、内联（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。

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。

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：

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。如图：