【C++】初识C++之C语言加入光荣的进化（上）

写在前面

本篇笔记作为C++的开篇笔记，主要是讲解C++关键字(C++98)连带一点点(C++11)的知识。掌握的C++新语法新特性，当然C++是兼容C的，我们学习C的那套在C++中也是受用。

文章目录

写在前面
一、命名空间域
- 1.1、命名空间域的定义与使用
- 1.2、命名空间域的细节
二、 C++的输入/输出
- 2.2、关于std命名空间的使用惯例
三、缺省参数
四、函数重载
- 4.1、深入了解C++的重载机制
五、C++98关键字

一、命名空间域

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。

在这里插入图片描述
我们在全局中定义一个变量rand，但是rand函数在stdllib.h库中已经定义，根据我们学习过的程序的程序编译与链接笔记提到过，在连接中出现相同的变量符号表合并时会报错。

为了避免这种情况C++推出了新的关键字namespace，命名空间域。这样在全局中，我们就保护了我们自己定义的rand变量。在这里插入图片描述

1.1、命名空间域的定义与使用

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。
在这里插入图片描述

这时候我们运行程序，发现打印结果并不是我们自己创建的全局变量rand，如下图
在这里插入图片描述
这是因为被命名空间域保护起来的变量外界不能直接访问。

命名空间的使用有三种方式：

加命名空间名称及作用域限定符( :: )

namespace Bucai {int rand = 10;int k = 20;
}
int main()
{printf("%d\n", Bucai::k);return 0;
}

使用using将命名空间中某个成员引入

namespace Bucai {int rand = 10;int k = 20;
}
using Bucai::k;
int main()
{printf("%d\n", k);return 0;
}

使用using namespace 命名空间名称引入。
这个效果是暴露命名空间域的内容，让外部可以直接访问。但是这和直接在全局中定义变量的效果是不一样的，因为在命名空间域中会有标识，在编译连接中形成的符号表不会与在全局变量中定义的吻合。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>namespace Bucai {int rand = 10;int k = 20;
}using namespace Bucai;int main()
{printf("%d\n", k);return 0;
}

但是需要注意的是，如果在上面代码中，我们直接使用rand会，程序会报错，如下图在这里插入图片描述
报出错误是rand不明确符号，不再是之前的重定义，所以我们使用using namespace命名空间名称引入，需要留意直接引入后的结果。

1.2、命名空间域的细节

命名空间域也是域，它与作用域的细节是相似的，代码块就是作用域的一种表现形式，我们使用代码块来理解命名空间域会更好，在代码块中，我们定义的变量等与外界是互不干涉的，而且在代码块中我们使用对应的变量采用的是就近原则，而且在代码块中可以嵌套代码块，在代码块外面访问不了代码块的内容，因为在代码块中的内容出了代码块作用域就结束。

命名空间域我们可以理解为一个有名称的代码块。必须定义在全局中的"代码块"，在域中可以随意的定义变量，这样外界不会与域中的变量命有冲突，当我们想要使用域中变量时，可以通过域名+作用域限定符来完成引用。

命名空间域细节：

命名空间中可以定义变量/函数/自定义类型/类

namespace Bucai {int rand = 10;int k = 20;int Add(int left, int right){return left + right;}class MyName {public:int age = 18;};
}

命名空间可以嵌套

namespace Bucai {int k = 0;namespace bbbb {int age = 18;}
}

同一个工程中允许存在多个相同名称的命名空间，编译器最后会合成同一个命名空间中。

二、 C++的输入/输出

C++兼容C，自然是支持C的标准输入输出的，但是C的标准输入输出有点麻烦，每次都需要程序猿手动标识这个变量是上面类型，需要使用%什么来进行输出，很麻烦，所以C++推出了一个全新玩法。

#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;//在平时练习中我们可以直接展开std命名空间域
int main()
{cout << "Hello world" << endl;return 0;
}

说明：

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。
cout和cin是全局的流对象，endl是特殊的C++符号，表示换行输出(即C中的\n)，他们都包含在包含<iostream>头文件中。
<<是流插入运算符，>>是流提取运算符。
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变量类型。
实际上cout和cin分别是ostream和istream类型的对象，>>和<<也涉及运算符重载等知识。_{后面不才专门写一篇笔记来讲解IO流用法及原理。}
在C++中为了兼容C语言，在C++ 使用流输入输出时需要检查C语言的输入输出，从原理的角度说，C++ 的输入输出效率是比C语言的输入输出要低的。

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<iostream.h>格式，后续编译器已不支持，因此推荐使用<iostream>+std的方式来使用。
在这里插入图片描述

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{int a;double b;char c;// 可以自动识别变量的类型cin >> a;cin >> b >> c;cout << endl << a << endl;cout << b << "  " << c<< "  " << 12.888 << endl;return 0;
}

测试运行结果：
在这里插入图片描述

2.2、关于std命名空间的使用惯例

std是C++标准库的命名空间

在日常练习中，建议直接using namespace std即可，这样就很方便。
在项目开发中，using namespace std展开，标准库就全部暴露出来了，但是项目开发中代码较多、规模大，就很容易出现冲突问题。所以建议在项目开发中使用，像std::cout这样使用是 指定命名空间 + using std::cout展开常用的库对象/类型等方式

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。

在这里插入图片描述

void Func(int a = 20)
{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;
}

测试运行结果：
在这里插入图片描述
在上结果图中，我们也可以看出在函数定义中，我们设计了一个形参，但是形参给了一个缺省值20，在我们调用函数时，我们没有给形参a传递实参时，a就使用缺省值，所以打印20，在我们有传递实参时，形参就接收实参参数，缺省值就失效了，所以打印10。

缺省参数类型：

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;
}

半缺省参数
- 半缺省参数必须从右往左依次来给出，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，如果函数声明和定义分开，缺省参数需要在声明中指定。
- 缺省值必须是常量或者全局变量
- C语言不支持（编译器不支持）

void Func(int a, int b = 10, int c = 20)//从右往左依次指定缺省值
{cout<<"a = "<<a<<endl;cout<<"b = "<<b<<endl;cout<<"c = "<<c<<endl;
}

传参时编译器读取实参是从左往右读取的，如果不是从右往左指定缺省值，那么在实参传递时，会出现程序猿意想之外的错误，所以编译器会检查缺省值的给定，若出现缺省值的指定不是从右往左，则报错，如下图。
在这里插入图片描述
在函数声明与定义分开的工程中，如果我们把缺省值放在定义中会出现报错：如下程序

//test.h
void Func(int a, int b, int c);//tect.c
#include "test.h"
void Func(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{cout << "a = " << a << endl;cout << "b = " << b << endl;cout << "c = " << c << endl;
}//main.c
#include "test.h"
int main() {Func();return 0;
}

测试结果：在这里插入图片描述
在程序编译与链接笔记中，我们已经知道#include引用的头文件，最后都是拷贝头文件内容到当前文件下的。
在test.h头文件中，我们只声明了没有缺省值的Func函数，在编译阶段拷贝到工程中，就不是有缺省值的函数，所以报错。

四、函数重载

自然语言中，一个词可以有多重含义，人们可以通过上下文来判断该词真实的含义，即该词被重载了。
比如：以前有一个笑话，国有两个体育项目大家根本不用看，也不用担心。一个是乒乓球，一个是男足。前者是“谁也赢不了！”，后者是“谁也赢不了！”。

谁也赢不了虽然是一样的字，但是意思完全不一样，这就形成了重载，同理，C++中也做出了相似的函数重载。

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，要求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。

在这里插入图片描述
我们设计一个交换函数，用来交换变量值：

void Swap(int* a, int* b) {  int num = *a;*a = *b;*b = num;
}
void Swap(double *a, double *b) {double num = *a;*a = *b;*b = num;
}int main() {int a = 10, b = 20;Swap(&a, &b);cout << "a = " << a << " b = " << b << endl;double c = 10.12, d = 20.12;Swap(&c, &d);cout << "c = " << c << " d = " << d << endl;return 0;
}

运行结果：
在这里插入图片描述
这样我们就完成了不同类型的变量交换，Swap函数形成了重载，这时C++编译器特有的属性

构成重载的三大要素：

形参个数不同
形参类型顺序不同
形参类型不同

注意：函数的返回值不同是不构成函数重载的！！

4.1、深入了解C++的重载机制

在深入了解之前，我们先认识一下C语言为什么不支持重载，但在此之前我们需要清楚C/C++的程序编译与链接，因为重载机制的核心是发生在编译阶段完成的。

在C语言中，我们根据不才写的程序编译与链接笔记可以知道，在程序在经过编译后我们的函数符号名是不会有改变的。我们以下程序为例：

#include <stdio.h>void Swap(int* a, int* b) {  int num = *a;*a = *b;*b = num;
}int main(){int a = 10;int b = 20;Swap( &a,&b);printf("%d \n",a);return 0;
}

我们在Linux环境下查看上面C语言生成的符号表（如下图）
在这里插入图片描述
在上图中，可以清晰看出在C语言中，函数符号名有且只有一个，这样就导致了C语言的编译器不支持重载，而C++则推出了全新玩法：把编译后的函数符号名更改为另一种形式函数符号名，让其实现函数的重载。

在Windows环境下，函数命名太过复杂，不才这里使用 g++编译器。

我们以上面代码为例：

#include <stdio.h>void Swap(int* a, int* b) {  int num = *a;*a = *b;*b = num;
}int main(){int a = 10;int b = 20;Swap( &a,&b);printf("%d \n",a);return 0;
}

我们在Linux环境下，查看由g++编译器编译后所形成的符号表，查看函数符号名的变化，如下图。
在这里插入图片描述
此时C++中的函数，已经不再是单纯的Swap，而是在Swap前后增加了新东西。那一前一后的东西需要查看对应编译器的命名规则，如下。

C++的函数符号名命名规则：

每个编译器都有自己的函数名修饰规则
g++编译器中的函数修饰后变成【_Z+函数长度+函数名+类型首字母】
Windows下名字修饰规则

根据命名规则我们可以得出交换函数Swap在C++形成_Z4SwapPiS_代表着：

_Z：固定开头
4：代表着函数名字的长度，Swap长度4个字符，所以是4
Swap：代表了函数名
Pi：代表了int*类型的首字母合体，P代表是指针，i代表是整形。

在这里插入图片描述

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;
}
void f(int a, double b, char c) {cout << "f(int a, double b, char c)" << endl;}
int main()
{f(10, 'a');f('a', 10);f(10, 2.5, 'a');return 0;
}

我们使用g++编译器，生成符号表查看上面函数f的符号名，如下图
在这里插入图片描述
第一个函数f：后面的类型是i与c，对应形参中的int与char；
第二个函数f：后面的类型是c与i，对应形参中的char与int；
第三个函数f：后面的类型是i、d与c，对应形参中的int、double与char；

通过这里就理解了C语言没办法支持重载，因为同名函数没办法区分。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。

有此，我们可以总结出，函数的重载只会与形参列表 中的 参数个数 或类型或 类型顺序相关，因为只有这些才控制着函数符号名。当函数的符号名相同时，编译器在链接时候也是会区分不开，所以必须保证函数符号名唯一。

五、C++98关键字

C++总计63个关键字(其中包含C语言32个关键字)，如下表格


asm	do	if	return	try	continue
auto	double	inline	short	typedef	for
bool	dynamic_cast	int	signed	typeid	public
break	else	long	sizeof	typename	throw
case	enum	mutable	static	union	wchar_t
catch	explicit	namespace	static_cast	unsigned	default
char	export	new	struct	using	friend
class	extern	operator	switch	virtual	register
const	false	private	template	void	true
const_cast	float	protected	this	volatile	while
delete	goto	reinterpret_cast