C-＞C++核心过渡语法精讲与实战
目录
一.本文目标
二.命名空间
1.命名冲突问题的引入
2.命名空间定义
3.命名空间使用
三.C++输入&输出
四.缺省参数
1.缺省参数的使用
2.缺省参数分类
五.函数重载
1.函数重载概念
六.引用
1.引用概念
2.使用方式
3.引用特性
4.常引用
1.引用时要注意权限“可小不可大”：
2.使用场景
5.传值、传引用效率比较
6.引用和指针的区别
七.内联函数
1.概念
2.特性：
八.面试题
九.auto关键字(C++11)
1.类型别名思考
2.auto简介
3.auto的使用细则
4.auto不能推导的场景
十.基于范围的for循环(C++11)
1.基本使用
范围for的使用条件
十一.指针空值nullptr(C++11)
一.本文目标
C++是在C的基础之上，容纳进去了面向对象编程思想，并增加了许多有用的库，以及编程范式 等。熟悉C语言之后，对C++学习有一定的帮助，
本章节主要目标： 1. 补充C语言语法的不足，以及C++是如何对C语言设计不合理的地方进行优化的，比如：作用域方面、IO方面、函数方面、指针方面、宏方面等。 2. 为后续类和对象学习打基础。
二.命名空间
1.命名冲突问题的引入
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。
比如下面这段代码场景：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int rand = 10;
// C语言没办法解决类似这样的命名冲突问题，所以C++提出了namespace来解决
int main()
{printf("%d\n", rand);return 0;
}
// 编译后后报错：error C2365: “rand”: 重定义；以前的定义是“函数”
如果是c语言的话，没办法解决类似这样的命名冲突问题，只能改名字；
但有了c++的namespace后就可以解决了，下面来详细介绍下namespace：
2.命名空间定义
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。
下面介绍下命名空间的特点：
（1）注意命名空间内可以定义函数、变量、类型；代码如下：
// bit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。
// 1. 正常的命名空间定义
namespace bit
{// 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;}
struct Node{struct Node* next;int val;};
}
（2）namespace内部可以嵌套定义命名空间
//2. 命名空间可以嵌套
// test.cpp
namespace N1
{int a;int b;int Add(int left, int right){return left + right;}namespace N2{int c;int d;int Sub(int left, int right){return left - right;}}
}
（3）同一个工程中允许存在多个相同名称的命名空间,编译器最后会合成为同一个命名空间中
注意：一个命名空间就定义了一个新的作用域，命名空间中的所有内容都局限于该命名空间中
3.命名空间使用
先给出一个命名空间的内容：
namespace bit
{// 命名空间中可以定义变量/函数/类型int a = 0;int b = 1;int Add(int left, int right){return left + right;}struct Node{struct Node* next;int val;};
}
命名空间的使用有三种方式：
（1）加命名空间名称及作用域限定符
int main()
{printf("%d\n", N::a);return 0;
}
这种方式只能一次性地使用空间内成员，每次使用都要加上空间名字
（2）使用using将命名空间中某个成员引入
using N::b;
int main()
{printf("%d\n", N::a);printf("%d\n", b);return 0;
}
这种方式就是把命名空间内的b变量引入进来了，可以在使用b的时候不加空间名，但是使用其他空间内部的变量还是需要带空间名的！
（3）使用using namespace 命名空间名称 引入
using namespce N;
int main()
{printf("%d\n", a);printf("%d\n", b);Add(10, 20);return 0;
}使用这种方式就是把整个命名空间都引入进来了，因此其内部的所有成员都可以当做本地变量一样使用。
三.C++输入&输出
1.先引入c++输入输出的代码 样例：
#include<iostream>
// std是C++标准库的命名空间名，C++将标准库的定义实现都放到这个命名空间中
using namespace std;
int main()
{
cout<<"Hello world!!!"<<endl;
return 0;
}
说明：
1. 使用cout标准输出对象(控制台)和cin标准输入对象(键盘)时，必须包含< iostream >头文件 以及按命名空间使用方法使用std。
2. cout和cin是全局的流对象，endl是特殊的C++符号，表示换行输出，他们都包含在包含< iostream >头文件的std命名空间中。
3. 是流插入运算符，>>是流提取运算符。
4. 使用C++输入输出更方便，不需要像printf/scanf输入输出时那样，需要手动控制格式。 C++的输入输出可以自动识别内置变量类型。
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)中还支持格式，后续编译器已不支持，因 此推荐使用<iostream>+std的方式。
std命名空间的使用惯例：
std是C++标准库的命名空间，如何展开std使用更合理呢？
1. 在日常练习中，建议直接using namespace std即可，这样就很方便。
2. using namespace std展开，标准库就全部暴露出来了，如果我们定义跟库重名的类型/对 象/函数，就存在冲突问题。该问题在日常练习中很少出现，但是项目开发中代码较多、规模 大，就很容易出现。所以建议在项目开发中使用，像std::cout这样使用时指定命名空间 + using std::cout展开常用的库对象/类型等方式。
四.缺省参数
1.缺省参数的使用
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。
void Func(int a = 0)
{cout<<a<<endl;
}
int main()
{Func(); // 没有传参时，使用参数的默认值Func(10); // 传参时，使用指定的实参return 0;
}2.缺省参数分类
（1）全缺省参数
void Func(int a = 10, int b = 20, int c = 30){cout<<"a = "<<a<<endl;cout<<"b = "<<b<<endl;cout<<"c = "<<c<<endl;}
（2）半缺省参数
void Func(int a, int b = 10, int c = 20){cout<<"a = "<<a<<endl;cout<<"b = "<<b<<endl;cout<<"c = "<<c<<endl;}注意：
1. 半缺省参数必须从右往左依次来给出，不能间隔着给
2. 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现
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。
3. 缺省值必须是常量或者全局变量
4. C语言不支持（编译器不支持）
五.函数重载
1.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 类型顺序)不同，常用来处理实现功能类似数据类型 不同的问题。
下面分别给出样例：
（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;
}
为什么C++支持函数重载，而C语言不支持函数重载呢？
在C/C++中，一个程序要运行起来，需要经历以下几个阶段：预处理、编译、汇编、链接。
实际项目通常是由多个头文件和多个源文件构成，而通过C语言阶段学习的编译链接，我们 可以知道，【当前a.cpp中调用了b.cpp中定义的Add函数时】，编译后链接前，a.o的目标 文件中没有Add的函数地址，因为Add是在b.cpp中定义的，所以Add的地址在b.o中。那么 怎么办呢？
所以链接阶段就是专门处理这种问题，链接器看到a.o调用Add，但是没有Add的地址，就会到b.o的符号表中找Add的地址，然后链接到一起。
那么链接时，面对Add函数，链接接器会使用哪个名字去找呢？这里每个编译器都有自己的 函数名修饰规则。
由于Windows下vs的修饰规则过于复杂，而Linux下g++的修饰规则简单易懂，下面我们使用了g++演示了这个修饰后的名字。通过下面我们可以看出gcc的函数修饰后名字不变。而g++的函数修饰后变成【_Z+函数长度 +函数名+类型首字母】
采用C语言编译器编译后结果：
结论：在linux下，采用gcc编译完成后，函数名字的修饰没有发生改变。
采用C++编译器编译后结果：
结论：在linux下，采用g++编译完成后，函数名字的修饰发生改变，编译器将函数参 数类型信息添加到修改后的名字中。
通过这里就理解了C语言没办法支持重载，因为同名函数在链接时没办法区分。而C++是通过函数修 饰规则来区分，只要参数不同，修饰出来的名字就不一样，就支持了重载。
注意：如果两个函数函数名和参数是一样的，返回值不同，是不构成重载的，因为编译后形成的函数修饰名一样，调用时编译器没办法区分。
六.引用
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。
在c语言中我们学过如果有int *p=&a,那么*p就是a的别名，其实引用也是“起别名”的一种操作，例如，我们想给int a起别名，就可以int& p=a，给int*a起名就是int*& p=a；
引用某些时候可以取代指针的操作，例如交换两个数的函数，我们之前要在形参上加指针才可以，现在把形参可以改成引用类型，如：
void swap(int& a, int& b)
{
int tmp = a;
a = b;
b = tmp;
}
这样a，b就是对应实参的别名，也就能改变实参的值了。
2.使用方式
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
3.引用特性
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；
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.常引用
1.引用时要注意权限“可小不可大”：
（1）对于const int *a=&b;int*& p=a可以吗？不可以
原因是原本*a由于const的修饰，是不可以修改的，但是*p是可以改变的，这无疑扩大了使用权限，所以应该用const int*& p=a才可以
（2）对于int *a=&b,const int*& p=a;是可以的。
因为原来的*a就是可读可改的，而*p加上const后不能修改，这是权限的缩小，是被允许的，只是不能通过别名p来改变*a了而已
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;
}2.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;
}
但返回值为引用时必须注意一个问题，下面引入一个含有该问题的代码：
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;
} 我们会发现打印出的ret不是预期的3，原因是返回值c是一个局部临时变量，在Add函数运行结束后，该函数对应的栈空间就被回收了，那么c变量的值就没有了意义，空间回收指的是空间不能使用了，但是空间本身还在（物理数据未被清零，只是不属于Add了），因此ret引用的实际上就是一个已经被释放的空间；后续调用Add(3, 4)时，新的Add函数会重新占用之前c的栈空间（因为栈空间是“复用”的），导致ret原本引用的地址被新数据覆盖，因此ret的值就变成7了。
注意：如果函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象还在(还没还给系统)，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。
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。
6.引用和指针的区别
（1）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。但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
因此，引用概念上定义一个变量的别名，指针是存储一个变量地址。
（2） 引用在定义时必须初始化，指针没有要求
（3）.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
（4）没有NULL引用，但有NULL指针
（5） 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)
（6）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
（7） 有多级指针，但是没有多级引用
（8） 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
（9）. 引用比指针使用起来相对更安全
注意：
1.对于有const的变量，指针的使用也要遵循权限规则
2.在c语言中，对权限的要求并不严格，因此会出现明明用const修饰了int a，但是int *p=&a,还可以通过*p的改变来“钻空子”，但这在c++是不允许的，必须在int*p的前面加const。
3.double d=1.2;int& p=d不可取，int x=0,y=1;int& p=x+y不可取，这是因为“隐式类型转换”和表达式运算都会产生临时变量，临时变量具有“常性”，不可被修改，上式都扩大了权限，应该加const
七.内联函数
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，没有函数调 用建立栈帧的开销，内联函数提升程序运行的效率。
inline 的本质：编译时“展开”而非“调用”：
普通函数调用时，编译器会生成一个独立的函数地址，调用处通过跳转指令（如 call）跳到该地址执行代码。而 inline 函数的“内联”本质是：编译器在调用处直接将函数体的代码复制粘贴进去，不生成独立的函数地址，从而避免函数调用的开销（如压栈、跳转、出栈）。
2.特性：
（1）：inline是一种以空间换时间的做法，在编译阶段，会用函数体代替函数调用，缺陷：可能会使目标文件变大，优势：少了调用开销，提高程序运行效率。
（2）：inline对于编译器而言只是一个建议，不同编译器对于Inline实现机制不同，一般建议：将函数规模较小、不是递归、且频繁调用的函数采用inline修饰，否则编译器会忽略inline特性。
（3）：inline不建议声明和定义分离（这里指的是声明和定义跨了文件），分离会导致链接错误。
分析原因：
- 编译阶段：
main.cpp编译时，看到Add是inline函数，会尝试展开函数体，但add.h中只有声明，没有定义——编译器无法展开（因为不知道函数体是什么），只能暂时标记“需要链接时找Add的地址”。 - 链接阶段：链接器在
add.cpp的目标文件中查找Add的地址，但Add是inline函数，编译器不会为其生成独立地址（因为inline的设计初衷就是展开而非调用）。因此，链接器找不到Add的地址，报“链接错误”。
因此，inline在声明和定义中不能同时出现，只要有一个就行，一般在头文件（连带声明和定义一起实现）中体现。因为必须让所有调用它的源文件都能看到函数体（即定义），这样编译器才能在调用处直接展开代码！
如果声明和定义在同一个文件中就不会出现问题，因为编译器在处理时会按顺序扫描代码：
- 先看到
Add的声明，知道存在这样一个函数； - 后看到
Add的定义，此时编译器会记录“Add是一个inline函数，其函数体是return a + b;”。
当编译到 Add(1, 2) 的调用处时，编译器已经知道 Add 的完整定义，因此可以直接将函数体展开（替换为 1 + 2），无需依赖链接阶段查找函数地址。
八.面试题
宏的优缺点？0
优点：
1.增强代码的复用性：可以将常用逻辑封装成可复用的模块，简化重复代码的编写。
2.提高性能：宏在预处理阶段直接展开，避免了函数调用时的压栈、跳转等开销，适合高频调用的简单逻辑。
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 ：宏不进行类型检查，容易因参数类型不匹配导致错误
C++有哪些技术替代宏？
1. 常量定义 换用const enum
2. 短小函数定义 换用内联函数
九.auto关键字(C++11)
1.类型别名思考
随着程序越来越复杂，程序中用到的类型也越来越复杂，经常体现在： 1. 类型难于拼写 2. 含义不明确导致容易出错。
比如说std::map<std::string,std::string>::iterator是一个类型，但是该类型太长了，特别容易写错。聪明的同学可能已经想到：可以通过typedef给类型取别名，比如：
typedef std::mapstd::string, std::string> Map;
使用typedef给类型取别名确实可以简化代码，但是typedef也会遇到新的难题：
typedef char* pstring;
int main()
{const pstring p1; // 编译成功还是失败？const pstring* p2; // 编译成功还是失败？return 0;
}
对于const pstring p1，由于typedef定义的类型是一个整体，所以等价于——
const (char*) p1
const修饰的是pstring也就是char*，也就是说，p1 是一个指针，并且这个指针本身是 const 的（即指针本身不能修改，不能指向其他地方）。那么最后就等价于——
char* const p1;
那么p1就是常量指针了，必须初始化，没有就会出错！
对于const pstring* p2;首先等价于——
const (char*)* p2;
const 修饰的也是pstring（char*），也就是说，p2是一个指针，指向const （char*），也就是指向一个不能改变的指针变量（常指针），最后就等价于——
char*const * p2;
由于p2本身不是一个常量指针，所以不用初始化也可以；
在编程时，常常需要把表达式的值赋值给变量，这就要求在声明变量的时候清楚地知道表达式的 类型。然而有时候要做到这点并非那么容易，因此C++11给auto赋予了新的含义。
2.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。
int TestAuto()
{return 10;
}
int main()
{int a = 10;auto b = a;auto c = 'a';auto d = TestAuto();cout << typeid(b).name() << endl;cout << typeid(c).name() << endl;cout << typeid(d).name() << endl;//auto e; 无法通过编译，使用auto定义变量时必须对其进行初始化return 0;
}【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。
3.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。
void TestAuto()
{auto a = 1, b = 2; auto c = 3, d = 4.0; // 该行代码会编译失败，因为c和d的初始化表达式类型不同
}4.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 void TestAuto(auto a) {}
（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。
十.基于范围的for循环(C++11)
1.基本使用
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。
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，范围for的迭代范围是数组的起始地址到结束地址（即第一个元素到最后一个元素）。
例如：
int arr[] = {1, 2, 3};
for (auto e : arr) { cout << e; } // 输出123
这里的arr是已知大小的数组，编译器能确定迭代的边界（从arr[0]到arr[2]）
对于自定义类（如std::vector），范围for需要类提供**begin()和end()方法**，这两个方法分别返回容器的起始迭代器和结束迭代器，从而确定迭代范围。
例如：
std::vector<int> vec = {1, 2, 3};
for (auto e : vec) { cout << e; } // 输出123
「范围不确定」的错误案例
void TestFor(int array[])
{ for(auto& e : array) cout<< e <<endl;
}
问题根源：
- 当函数参数是
int array[]时，数组会退化为指针（int* array）。 - 指针没有
size信息，也没有begin()/end()方法，编译器无法确定迭代的范围（不知道指针指向多少个元素）。 - 因此，范围for在这种情况下会编译失败（或行为未定义）。
十一.指针空值nullptr(C++11)
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。
为了改变这一局面，c++11采用nullptr表示空指针。NULL在C++中通常是一个宏定义，本质是整数值0（或(void*)0），例如#define NULL 0。而nullptr是C++11引入的关键字，是一个真正的指针类型常量，专门表示空指针。nullptr不能隐式转换为整数，但可以隐式转换为任意指针类型
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。