C++之初窥门径
1. 命名空间
1.1 命名空间定义
1.2 命名空间的使用
2. C++输入&输出
输入输出的三种方式
3. 缺省参数
3.1 缺省参数的概念
3.2 缺省参数分类
4. 函数重载
4.1 函数重载的概念
4.2 函数重载和缺省参数混用
4.3 C++支持函数重载的原理--名字修饰
5. 引用（重点）
5.1 引用概念
5.2 引用特性
5.3 常引用
5.4 使用场景
#5.4深入错误代码的栈帧剖析
#5.4 引用与重载之间发生的矛盾关系
5.5 函数返回值为引用的优点及作用
5.6 传值、传引用效率比较
5.7 引用和指针的区别
6. 内联函数
6.1 概念
6.2 特性
6.3 内联函数的适用范围
7. auto关键字(C++11)
7.1 类型别名思考
7.2 auto简介
7.3 auto的使用细则
8.3 auto不能推导的场景
8. 基于范围的for循环(C++11)
8.1 范围for的语法
8.2 范围for的使用条件
9. 指针空值nullptr(C++11)
9.1 C++98中的指针空值
10. 总结
1. 命名空间
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。
#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”
由于在头文件中，存在着rand()函数，因此当我们定义全局变量rand = 10时，就会产生命名冲突，因为rand原本已经代表着函数名，是函数的地址，因此上述定义会报错。
1.1 命名空间定义
示例 1：限定域
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。
#include<stdio.h> #include<stdlib.h> // 不影响变量生命周期，只是限定域，编译查找规则 // 默认查找规则。先在局部查找，再全局找 namespace bit { int rand = 10; int x = 1; } void func() { printf("%p\n", rand); printf("%d\n", bit::x); printf("%d\n", bit::rand); } int main() { func(); printf("%p\n", rand); }
当我们将上述的全局变量外部加上namespace 限定之后，其仍然代表全局变量，但有了限定域，想使用定义的rand变量，就需要用bit::rand
才能代表这个变量，直接用rand变量就会是中的函数的地址
示例2： 命名冲突
当我们定义了两个相同的函数名，但是里面涵盖的计算方法不同，为了防止命名冲突，可以用两个限定域分别限定：
// 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。 // 避免命名冲突 // 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; }; } namespace byte { int add(int left, int right) { return left * 10 + right * 10; } struct Node { struct Node* left; struct Node* right; int val; }; } int main() { printf("%d\n", bit::Add(1, 2)); struct bit::Node node; struct byte::Node dnode; }
通过限定符，就可以将两个函数进行区分，需要注意的是，对于结构体来说，其限定之后，再利用需要注意将限定符放在struct 之后，名称之前，即：struct bit::Node node;
示例3：命名空间嵌套
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; } } } int main() { N1::a = 1; N1::N2::c = 2; return 0; }
命名空间是可以进行嵌套的，即可以无限的进行套娃下去。
示例4：命名空间的合并
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。一个工程中的Stack.h和上面Queue.h中两个N1会被合并成一个：
需要注意的是，对于合并来说，必须是同级的才能进行合并，不是同级的但名字相同虽然语法没有错误，但是仔细想一想，这种方式是不可取的，会发生歧义，即一家人中的父亲和孩子不可能叫同一个名字，因此，像下面的例子这样是没有必要的：
namespace N1 // 没意义，语法上可以，但是不能合并，因为不是同级 { int a = 0; namespace N1 { int b = 0; } }
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。
1.2 命名空间的使用
对于下面的代码，命名空间应该如何使用呢？
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; }; } int main() { // 编译报错：error C2065: “a”: 未声明的标识符 printf("%d\n", a); return 0;
对于上面的输出a，由于并没有声明他所在的限定域，因此找不到a,并且会报错。
因此引入命名空间使用的三种方式：
- 加命名空间名称及作用域限定符
int main() { printf("%d\n", N::a); return 0; }
- 使用using将命名空间中的某个成员引入
int main() { printf("%d\n", N::a); return 0; }
使用using namespace 命名空间名称引入
using N::b; int main() { printf("%d\n", N::a); printf("%d\n", b); return 0; }
2. C++输入&输出
先来看一下C++是如何问候的：
#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，std相当于已经定义好的限定域，并且里面都已经定义了各种关键字和函数等 using namespace std; 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。(三种方法)
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，这些知识我们我们后续才会学习，所以我们这里只是简单学习他们的使用。后面我们还有有一个章节更深入的学习IO流用法及原理。
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+std的方式。
#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<<a<<endl; cout<<b<<" "<<c<<endl; return 0; }
关于cout和cin还有很多更复杂的用法，比如控制浮点数输出精度，控制整形输出进制格式等等。因为C++兼容C语言的用法，这些又用得不是很多,因此，当我们需要控制格式以及精度时，仍然可以利用printf得形式输出。
std命名空间使用惯例：
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。
输入输出的三种方式
- 直接用限定符
#include <iostream> int main() { std::cout << "hello world" << std::endl; std::cout << "hello world" << std::endl; std::cout << "hello world" << std::endl; return 0; }
- 通过拆离隔离墙
#include <iostream> using namespace std; // 用起来就方便了，命名的隔离墙拆了 // 日常练习，小程序，这么用可以，项目最好不要这么用 int cout = 0; int main() { cout << "hello world" << endl; cout << "hello world" << endl; //std::cout << "hello world" << std::endl; return 0; }
- 指定展开
#include <iostream> // 指定展开 -- 常用展开，自己定义的时候避免跟常用重名即可 using std::cout; int main() { cout << "hello world" << std::endl; cout << "hello world" << std::endl; std::cout << "hello world" << std::endl; return 0; }
std是一个域名，不过这个域是在文件iostream中已经限定好的，因此当我们需要std,就需要iostream
3. 缺省参数
3.1 缺省参数的概念
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 0 Func(10); // 传参时，使用指定的实参 10 return 0; }
3.2缺省参数分类
- 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
void Func(int a, int b = 10, int c = 20) { cout<<"a = "<<a<<endl; cout<<"b = "<<b<<endl; cout<<"c = "<<c<<endl; }
需要注意的是：
- 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的同时出现，因为一旦缺省的数量和值不同，就会造成歧义，引发错误。
//a.h void Func(int a = 10); // a.cpp void Func(int a = 20) {} // 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哪个缺省值。
- 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）缺省
4. 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！”
4.1 C++支持函数重载的原理–名字修饰
为什么C++支持函数重载，而C语言不支持函数重载呢？
- 参数类型不同
#include<iostream> using namespace std; 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; }
对于参数类型，对于这个例子，我们看的不是返回值的类型，而是括号内部的参数类型，由于参数类型不同，我们传参时就可以依据调用时传参的类型来判断是哪个函数在调用。如果括号内部的参数类型相同而返回类型不同的话，我们仍然判断不了应该采用哪个函数，这不满足重载的要求
- 参数个数不同
void f() { cout << "f()" << endl; } void f(int a) { cout << "f(int a)" << endl; }
通过在调用时我们发现，如果不传入参数，调用的就是第一个函数，传入一个整形参数，调用的就是第二个。
- 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; }
对于参数类型顺序来说，这种方式作为参数传入时会因顺序不同而调对应顺序的函数，在C语言中，char也属于整型变量，而在重载中就有了明显的区分。
下面来演示一下上面函数的例子：
int main() { Add(10, 20); Add(10.1, 20.2); f(); f(10); f(10, 'a'); f('a', 10); return 0; }
4.2 函数重载和缺省参数混用
//构成函数重载 -- f()调用会报错，存在歧义 void f() { cout << "f()" << endl; } void f(int a = 0, char b = 1) { cout << "f(int a,char b)" << endl; } int main() { f(10); f(10, 20); f(); // 歧义 二义性 return 0; }
对于重载和缺省参数混用的时候，缺省参数的引用一样构成重载，但需要注意的是，当按照缺省参数的思想不传入值时，虽然对于缺省满足条件，但同时也对另一个重载函数满足条件，这样无法区分调用的是哪一个函数，因此同时混用时需要注意其中之间的冲突，也被称为二义性。
对于下面的引用也是如此。
4.3 C++支持函数重载的原理–名字修饰
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。（这个具体在程序的编译和链接里讲过）
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语言编译器后的结果
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。
- Windows下名字修饰规则
对比Linux会发现，windows下vs编译器对函数名字修饰规则相对复杂难懂，但道理都是类似的，我们就不做细致的研究了。
【扩展学习：C/C++函数调用约定和名字修饰规则–，里面有对vs下函数名修饰规则讲解】
[C/C++ 函数调用约定](C/C++ 函数调用约定_低调的狮子的博客-CSDN博客)
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。
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，因为调用时编译器没办法区分。
5. 引用（重点）
5.1 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。
比如：李逵，在家称为 “铁牛” ，江湖上人称 “黑旋风” 。
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); }
通过运行，得出这两个地址是相同的，也就是说，a和ra是同一块空间的不同名字，即这两个的存储内容也是一样的。
需要注意的是：引用类型必须和引用实体是同种类型的
5.2引用特性
- 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
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); }
在上述代码中，发现a变量可以同时被多个引用，注释的代码去掉注释后，就会产生报错，因为没有初始化，就相当于起小名但是不知道是给谁取小名，这个小名变的毫无意义。
5.3常引用
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; }
对于上述代码来说，涉及到了权限的放大和缩小。
先来看看第一行和下面的注释，当给已经const的a定义别名时，ra是int类型而不是const类型，这代表着权限的放大，因为a的值不能被修改，但这么定义的话就可以通过ra来修改，因此这种定义时错误的，正确的方式是不让他的权限放大，即定义相同类型的别名，如第三行代码所示。
继续向下看，到了第三行的注释，b直接给10取了别名，但是常量10连原本的名字都没有，并且不可修改，取别名是毫无意义的，因此第三行注释掉的是错误的。我们应该在修饰的时候同样利用const限制权限，不让其能够改变，这才是权限不变，不加const代表着权限放大。
到了最后一组，定义d为double类型，当我们通过这样int& rd = d;时，虽然表面上的类型不对是int与double直接的差别，然而事实却不是这样。当把double类型的d赋值给int类型的a,这是一个权限缩小的行为，是可以的。然而，d在赋值给int类型的a时，在底层会发生强转，即double类型强转成int类型，这就涉及到一个新的知识，在强转赋值的时候，并不是直接把d取整赋值给a，而是会产生一个临时的变量来储存d强转后的结果并且赋值给a的也是这个临时变量，这个临时变量具有常性，不能修改，因此，下一行注释掉的代码错误的类型出错不是double变int,而是const int 不能被int直接接受，这属于权限放大，所以最后一行代码前面加上const之后，就修正了这个错误！
除此之外，一些函数定义参数或许也有const void& x 即：
void Func(const int& x) { // ... }
在只使用不更改的前提下，当我们利用库函数的时候，有的已经定义好函数的参数类型就像这样被封装好，因为引用的效率比指针高。
使用场景
- 做参数
void Swap(int& left, int& right) { int temp = left; left = right; right = temp; }
通过这样定义别名，可以算是指针的另一种替换方式。
引用和指针是重叠的，就像这样：
- 做返回值（重点）
在正式谈到引用返回之前，先思考一下正常的传值返回，以如下代码举例：
int Count() { static int n = 0; n++; //... return n; }
因为返回值的引入离不开函数栈帧，因此我们利用这个代码进行解释函数调用：
这段代码的流程：
首先进入到main函数，创建了main函数的栈帧，接下来在这层栈帧中创建ret变量，由于栈是向下生长的，此时在main函数的下一层栈帧中创建了Count函数的栈帧，在这层栈帧中，在静态区创建了n,并且让其++，最后返回n，在这里返回的n不是原来的n，而是n的拷贝（如果这个n值的空间大小最多4个字节，就存储在寄存器中，因为寄存器的内存比较小，如果大于这个内存大小，就会在这层栈帧的某一个位置创建临时空间） ，因为函数结束之后这层栈帧会还给操作系统，当然，此例子的n不会被销毁，因为其创建在静态区。因此这样的传值返回是可以的。
接下来看看下面的代码：
如果返回的类型变成了int&这代表着最后返回的值是n的别名而不是拷贝，当然，对于此函数栈帧销毁，n仍然存在，因为其是在静态区，不会因为栈帧的销毁而销毁，所以上面的代码也是正确的，值得一提的是上面的代码也减少了拷贝的过程，提高了效率。
