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c++介绍与入门基础(详细总结)-创新互联

前言

  关于学c++有一个很有意思的段子,网传学c++只需要21天即可,前面10天学了c++基础,然后到21天还在学习对象,接口,多态。然后学着学着就两年了,两年后开始可以大量编写代码,然后与相关程序员侃侃而谈。学到10年后,开始研究物理理论。20年后开始研究生物学了。40年后,运用全部知识编程序制作了一个时空穿梭机。然后跑回到40年前,把做出21天学c++这个决定的自己杀了。

成都创新互联公司成立于2013年,是专业互联网技术服务公司,拥有项目网站制作、网站建设网站策划,项目实施与项目整合能力。我们以让每一个梦想脱颖而出为使命,1280元汨罗做网站,已为上家服务,为汨罗各地企业和个人服务,联系电话:18980820575

当然这个仅仅是个玩笑,但是侧面也反应出学习c++不是一时半会的。有的大佬的也将学习c++分成4个层次。第一个层次,C++基础(平平常常),。第二个层次,正确高效的使用C++ (驾轻就熟)。第三个层次,深入解读C++ (出神入化)。第四个层次,研究C++ (返璞归真)。它相对许多语言复杂,而且难学难精,虽然学习C++有难度,但也是相当有趣且有满足感的。

这时候有人开始对自己选择开始怀疑了,认为生命如此短暂,掌握技艺却要如此长久。同时我们身边也有很多贩卖焦虑的,周围充斥着程序员生命周期短暂的烟雾弹--30岁后就面临这失业。其实不然,通过程浩大佬,看到文章《Is Programming Knowledge Related To Age?》这篇论文介绍到了关于年龄的看法,程浩大佬认为(1)程序员技术能力上升是可以到50岁或60岁的。(2)老程序员在获取新技术上的能力并不比年轻的程序员差。充满焦虑,急于求成的人只是想呆在井底思维封闭而且想走捷径速成。这篇文献给与我一样正在学习,并且准备为技术和编程执着和坚持的人。因为对所做的事情的理解越深,你就会做的越好。

目录

前言

c++的发展史 

c++的版本

c++在的工作领域

操作系统以及大型系统软件开发

服务器端开发  

游戏开发

嵌入式和物联网领域

数字图像处理

人工智能

分布式应用

C++关键字

命名空间

实际工程应用中: 

命名空间的作用:

命名空间需求展示

命名空间定义

命名空间使用

C++输入&输出

c++的《hello world》

输入&输出说明:

输入&输出展示     

std命名空间的使用惯例

缺省参数 

缺省参数概念

缺省参数分类

函数重载

函数重载概念 

C++支持函数重载的原理--名字修饰(name Mangling)

引用

引用概念

引用特性

常引用

使用场景 

传值、传引用效率比较

值和引用的作为返回值类型的性能比较 

引用和指针的区别 


c++的发展史 

  1925年1月1日,当时AT&T总裁,华特·基佛德(Walter Gifford)收购了西方电子公司的研究部门,成立一个叫做“贝尔电话实验室公司”的独立实体,后改称贝尔实验室。

当时美国贝尔实验室是晶体管、激光器、太阳能电池、发光二极管、数字交换机、通信卫星、电子数字计算机、C语言、UNIX操作系统、蜂窝移动通信设备等通信方向,自1925年以来,贝尔实验室共获得两万五千多项专利,现在,平均每个工作日获得三项多专利。

随着科技的创新,丹尼斯里奇所写的c语言已经不能满足程序员的需求,因为C语言是结构化和模块化的语言,适合处理较小规模的程序。对于复杂的问题,规模较大的程序,需要高度的抽象和建模时,C语言则不合适。为了解决软件危机, 20世纪80年代, 计算机 界提出了OOP(object oriented programming:面向对象)思想,支持面向对象的程序设计语言 应运而生。

c语言之父--丹尼斯里奇的照片

1979年,当时Bjarne Stroustrup正在准备他的博士毕业论文,他有机会使用一种叫做Simula 的语言。顾名思义,Simula语言的主要作用是仿真。Simula67是Simula语言的一种变种,被公认是首款支持面向对象的语言。Stroustrup发现面向对象的思想对于软件开发非常有用,但是因Simula语言执行效率低,其实用性不强。

不久之后,Stroustrup开始着手“C with Classes”的研发工作,“C with Classes”表明这种新语言是在C基础上研发的,是C语言的超集。C语言以其高可移植性而广受好评,且程序执行速度以及底层函数的性能不受程序移植的影响,Stroustrup要做的就是将面向对象的思想引入C语言。新语言的初始版本除了包括C语言的基本特征之外,还具备类、简单继承、内联机制、函数默认参数以及强类型检查等特性。

1982年,本贾尼·斯特劳斯特卢普(Bjarne Stroustrup)博士在C语言的基础上引入并扩充了面向对象的概念,发明了一 种新的程序语言。为了表达该语言与C语言的渊源关系,命名为C++。因此:C++是基于C语言而 产生的,它既可以进行C语言的过程化程序设计,又可以进行以抽象数据类型为特点的基于对象的程序设计,还可以进行面向对象的程序设计。

c++之父--本贾尼·斯特劳斯特卢普的照片            

c++的版本
阶段内容
C with classes类及派生类、公有和私有成员、类的构造和析构、友元、内联函数、赋值运算符 重载等
C++1.0添加虚函数概念,函数和运算符重载,引用、常量等
C++2.0更加完善支持面向对象,新增保护成员、多重继承、对象的初始化、抽象类、静 态成员以及const成员函数
C++3.0进一步完善,引入模板,解决多重继承产生的二义性问题和相应构造和析构的处 理
C++98C++标准第一个版本,绝大多数编译器都支持,得到了国际标准化组织(ISO)和美 国标准化协会认可,以模板方式重写C++标准库,引入了STL(标准模板库)
C++03C++标准第二个版本,语言特性无大改变,主要:修订错误、减少多异性
C++05

C++标准委员会发布了一份计数报告(Technical Report,TR1),正式更名

C++0x,即:计划在本世纪第一个10年的某个时间发布

C++11增加了许多特性,使得C++更像一种新语言,比如:正则表达式、基于范围for循 环、auto关键字、新容器、列表初始化、标准线程库等
C++14对C++11的扩展,主要是修复C++11中漏洞以及改进,比如:泛型的lambda表 达式,auto的返回值类型推导,二进制字面常量等
C++17在C++11上做了一些小幅改进,增加了19个新特性,比如:static_assert()的文 本信息可选,Fold表达式用于可变的模板,if和switch语句中的初始化器等
C++20自C++11以来大的发行版,引入了许多新的特性,比如:模块(Modules)、协 程(Coroutines)、范围(Ranges)、概念(Constraints)等重大特性,还有对已有 特性的更新:比如Lambda支持模板、范围for支持初始化等
C++23制定ing

通过上述不同版本,我们发现其实c++在更新迭代是非常慢的,而且多次更新的改进也不是很大,所以先好多公司主流使用的还是c++98和c++11。好多都是这么形容c++的,好比修房子,他基础搭建的非常好,但是向上修建的时候就比较偷工减料了,房子上层也越修越窄。

好比迪拜--哈利法塔

现在大家对c++23版本也持有较大期待,因为会迎来许多程序员梦寐以求的标准网络库。c++23版本离我们快要到了,有些许朋友会感到才学其他版本就要被遗弃了。不必担忧,出来之后还没有稳定,大公司还需要测试之后才能广泛使用,所以真正到使用其实还有很久。

c++在的工作领域 操作系统以及大型系统软件开发

所有操作系统几乎都是C/C++写的,许多大型软件背后几乎都是C++写的,比如:

Photoshop、Office、JVM(Java虚拟机)等,究其原因还是性能高,可以直接操控硬件。

服务器端开发  

后台开发:主要侧重于业务逻辑的处理,即对于前端请求后端给出对应的响应,现在主流采 用java,但内卷化比较严重,大厂可能会有C++后台开发,主要做一些基础组件,中间件、 缓存、分布式存储等。服务器端开发比后台开发跟广泛,包含后台开发,一般对实时性要求 比较高的,比如游戏服务器、流媒体服务器、网络通讯等都采用C++开发的。

游戏开发

PC平台几乎所有的游戏都是C++写的,比如:魔兽世界、传奇、CS、跑跑卡丁车等,市面上 相当多的游戏引擎都是基于C++开发的,比如:Cocos2d、虚幻4、DirectX等。三维游戏领 域计算量非常庞大,底层的数学全都是矩阵变换,想要画面精美、内容丰富、游戏实时性 搞,这些高难度需求无疑只能选C++语言。比较知名厂商:腾讯、网易、完美世界、巨人网 络等。

嵌入式和物联网领域

嵌入式:就是把具有计算能力的主控板嵌入到机器装置或者电子装置的内部,能够控制这些 装置。比如:智能手环、摄像头、扫地机器人、智能音响等。 谈到嵌入式开发,大家最能想到的就是单片机开发(即在8位、16位或者32位单片机产品或者 裸机上进行的开发),嵌入式开发除了单片机开发以外,还包含在soc片上、系统层面、驱动 层面以及应用、中间件层面的开发。 常见的岗位有:嵌入式开发工程师、驱动开发工程师、系统开发工程师、Linux开发工程 师、固件开发工程师等。 知名的一些厂商,比如:以华为、vivo、oppo、小米为代表的手机厂;以紫光展锐、乐鑫为 代表的芯片厂;以大疆、海康威视、大华、CVTE等具有自己终端业务厂商;以及海尔、海 信、格力等传统家电行业。 随着5G的普及,物联网(即万物互联,)也成为了一种新兴势力,比如:阿里lot、腾讯lot、京 东、百度、美团等都有硬件相关的事业部。

数字图像处理

数字图像处理中涉及到大量数学矩阵方面的运算,对CPU算力要求比较高,主要的图像处理 算法库和开源库等都是C/C++写的,比如:OpenCV、OpenGL等,大名鼎鼎的Photoshop就是C++写的。

人工智能

一提到人工智能,大家首先想到的就是python,认为学习人工智能就要学习python,这个 是误区,python中库比较丰富,使用python可以快速搭建神经网络、填入参数导入数据就 可以开始训练模型了。但人工智能背后深度学习算法等核心还是用C++写的。

分布式应用

近年来移动互联网的兴起,各应用数据量业务量不断攀升;后端架构要不断提高性能和并发 能力才能应对大信息时代的来临。在分布式领域,好些分布式框架、文件系统、中间组件等 都是C++开发的。对分布式计算影响极大的Hadoop生态的几个重量级组件:HDFS、zookeeper、HBase等,也都是基于Google用C++实现的GFS、Chubby、BigTable。包括分 布式计算框架MapReduce也是Google先用C++实现了一套,之后才有开源的java版本。

C++关键字

C++总计63个关键字,C语言32个关键字。如果还想回顾一下c语言的关键字就可以点击看看。最开始我只需知道有哪些,后面的用法我们也会专门的仔细讲。

命名空间 实际工程应用中: 

 在编写大型工程序中,往往是由多个人共同完成的,如果大家命名时想到一起去了就会产生处理程序中常见的同名冲突。还有可能我们使用到的函数库,因为有些函数我们也不会经常使用,忘记之后也有可能会跟库函数的命名相同,这样在程序中就会出现命名冲突(即重复定义)。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。这个时候就会大量使用到命名空间。

命名空间的作用:

建立了一些相互分隔的作用域,将一些全局实体分隔开来,以免产生名字冲突。可以根据需要设置多个命名空间,每个命名空间代表一个不同的命名空间域,不同的命名空间不能同名。      

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。

命名空间需求展示

  当我们编写如下代码,就会出现编译报错:error C2365: “rand”: 重定义;以前的定义是“函数” 。这个问题c语言是无法解决的,但是C++提出了namespace来解决 。

#include#includeint rand = 10;
int main()
{
	printf("%d\n", rand);
	return 0;
}
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。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 test
{

	// 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.命名空间可以嵌套

namespace test1
{
	int rand = 10;
	int Add(int left, int right)
	{
		return left + right;
	}
	struct Node
	{
		struct Node* next;
		int val;
	};
	namespace test2
	{
		int a;
		int b;
		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,编译器最后会合成同一个命名空间中。

通过预处理后,文件test.h与test.c都将展开。这里用到namespace,它将不同文件的test合成一个test,这里的test就相当于有两个两个函数。

test.h文件

namespace test
{
	int Sub(int left, int right)
	{
		return left - right;
	}
}

test.cpp文件

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include#include "test.h"

namespace test
{
	int Add(int left, int right)
	{
		return left + right;
	}
}

int main()
{
	int a = 2;
	int b = 3;

	int c=test::Add(a, b);
	printf("%d", c);

	return 0;
}
命名空间使用

1.加命名空间名称及作用域限定符

namespace N
{
	int a = 0;
	int b = 2;
}


int main()
{
	printf("%d",N:: a);
	return 0;
}

2.使用using将命名空间中某个成员引入

namespace N
{
	int a = 0;
	int b = 2;
}

using N::b;

int main()
{
	printf("%d\n", N::a);
	printf("%d\n", b);
	return 0;
}

3.  使用using namespace 命名空间名称引入  

namespace N
{
	int a = 0;
	int b = 2;
	int Add(int left, int right)
		{
			return left + right;
		}
}
using namespce N;

int main()
{
    printf("%d\n", N::a);
    printf("%d\n", b);
    Add(10, 20);
    return 0;    
}
C++输入&输出

  你还记得学习c语言时“printf”的你吗?还记得你写下第一个《hello world》的时候吗?一路学过来c语言全靠它发声,如果忘记了,那就记下当下c++的亲切的问候!

c++的《hello world》
#include// 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!!!"<
输入&输出说明:

1.使用cout标准输出对象(控制台)和cin标准输入对象(键盘)时,与使用printf与scanf需要包含头文件一样,而这里包含< iostream >头文件以及按命名空间使用方法使用std。

2.<<是流插入运算符,>>是流提取运算符。 输出时,选择流插入运算符;输入时,选择流提取运算符。

3.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 >头文件中。

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变量类型。

输入&输出展示     

我们发现运用cin与cout是不需要加输入输出类型,那么对于控制浮点的精度问题来怎么解决呢?因为c++是包容c语言的用法的,比如当我们需要控制浮点数输出精度,控制整形输出进制格式 ,那我们就还是可以选择用c语言的用法。

#includeusing 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<
std命名空间的使用惯例

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。

缺省参数  缺省参数概念

  缺省参数是声明或定义函数时为函数的参数指定一个默认值 ,在调用该函数时,如果没有指定实参则采用该默认值,否则使用指定的实参。

#includeusing namespace std;
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;
}

说明:

  使用c语言时,我们是不能给参数进行设置初始值的--语法要求;当我们使用时会出报错,参数的初始化错误。但是在c++中是可以的,相当于直接给函数的参数设置了一个初始值,当调用函数不传实参时就会得到我们设置的初始值。

缺省参数分类

1.全缺省参数

将全部参数设置初始值

#includeusing namespace std;
void Func(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{
	cout<< "a = "<< a<< endl;
	cout<< "b = "<< b<< endl;
	cout<< "c = "<< c<< endl;
}

int main()
{

	Func();
	Func(100); 
	Func(100,200);
	Func(100,200,300);

	return 0;
}

2.半缺省参数

将一部分参数设置初始值

void Func(int a, int b = 10, int c = 20)
{
	cout<< "a = "<< a<< endl;
	cout<< "b = "<< b<< endl;
	cout<< "c = "<< c<< endl;
}

int main()
{

	//Func();//因为第一个参数没有设置初始值,所以第一个参数需要穿实参
	Func(100); 
	Func(100,200);
	Func(100,200,300);

	return 0;
}

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. 缺省值必须是常量或者全局变量

3. C语言不支持(编译器不支持)

4. 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现

第4点说明

//a.h文件

  void Func(int a = 10);
  
  // a.cpp文件

  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
用那个缺省值。
函数重载

  函数重载跟我们生活中一词多意很像,人们可以通过上下文或者语境来判断该词真实的含义,即该词被重载了。好比如你喜欢的女孩对你说:你很好!或者成为女朋友了对你说:我很好!

函数重载概念 

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。

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;
}

int main()
{
 Add(10, 20);
 Add(10.1, 20.2);
 return 0;
}

2、参数个数不同

void f()
{
	cout<< "f()"<< endl;
}

void f(int a)
{
	cout<< "f(int a)"<< endl;
}

int main()
{
	f();
	f(10);
    return 0;
}

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;
}

int main()
{
	f(10, 'a');
	f('a', 10);
	return 0;
}

C++支持函数重载的原理--名字修饰(name Mangling)

在这里我们必须知道这几过程:预处理、编译、汇编、链接。重拾:c--程序环境与预处理。首先我们知道预处理是将各个文件代码展开,然后把该替换的替换了,该删除的删除了。然后进入编译阶段,将c语言代码转换成汇编指针,在这过程中有词法分析,语法分析等。再这就汇编阶段,它将汇编代码转换为计算机认识的二进制指令,这里重点就是会生成符号表,符号表中有函数名和地址。

下面就是编译阶段,在linux下gcc环境和g++环境编译完成阶段的两端代码。

采用C语言编译器编译后结果 :

这里我们仔细观察得到,在linux下,采用gcc编译完成后,这里的函数名没有任何修饰,如果我们用两个相同的函数名,编译器是无法辨别的。

采用C++编译器编译后结果:

那么在linux下,采用g++编译完成后,我们发现函数是得到修饰的。编译器将函数参 数类型信息添加到修改后的名字中。这里好比两个红玫瑰苹果,一个是红玫瑰125克,一个是红玫瑰124克。他们都可以装在一个苹果篮子里,但是都能取分开。

我们在c++环境下,通过对函数名字的修饰((name Mangling),让相同的函数不同的功能得以实现。只要参数不同,修饰出来的名字就不一样,就支持了重载。但是不同系统函数修饰规则是有不同的。

在最后链接阶段,通过连接器(Linker)将所有二进制形式的目标文件和系统组件组合成一个可执行文件。

引用 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。

这里就比好:蔡徐坤,在篮球上粉丝都爱称:“鸡,你太美”。其他方面上,粉丝亲切叫一声:“哥哥或者坤坤”。

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体;

#includevoid TestRef()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;//<====定义引用类型

	printf("%p\n", &a);
	printf("%p\n", &ra);
}

int main()
{
	TestRef();

	return 0;
}

注意:引用类型必须和引用实体是同种类型的

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;   // (1)该条语句编译时会出错
	int b = 20;


	int& ra = a;
	int& ra = b;//(3)报错:重定义;多次初始化
	int& rra = a;
	printf("%p %p %p\n", &a, &ra, &rra);
}

int main()
{
	TestRef();

	return 0;
}
常引用

const 类型 & 引用名;

作用:是不希望对所引用的内容进行修改。

void TestConstRef()
{
	const int a = 10;
	//int& ra = a;   //(1) 该语句编译时会出错,a为常量

	const int& ra = a;

	// int& b = 10; //(2) 该语句编译时会出错,b为常量
	const int& b = 10;

	double d = 12.34;
	//int& rd = d; // (3)该语句编译时会出错,类型不同

	const int& rd = d;
}

解释:

出错1:

a被const修饰,a的权限被缩小,而这里却想将a的权限扩大,在操作系统中权限只能缩小,不能被扩大,解决办法const int& ra=a;

出错2:

引用的值必须为左值,b为常量。常量是一个真实值,可读,所以b为右值。那么左值相当于地址。因为这里b是在进行初始化,是一个临时对象。所以这里错误就是右值引用。右值进行引用的时候需要被const修饰,const int& b = 10;

右值引用简单理解,就是绑定到左值的引用,右值引用的特点是:它将让其所绑定的右值重获新生,即使该右值本身是一个临时变量,但是它本身却不能绑定任何左值。

错误3:

d为double类型,引用不能改变类型。那么这里加const让rd变成可读,相当于对d建立临时变量,以前我们遇到的截断,提升都属于通建立临时变量解决的问题的。

运用:

void func(const int& b)
{
	cout<< "b:"<< &b<< endl;
	int c = b;
	cout<< "c:"<< &c<< endl;
	c++;
	cout<< "c value"<< c<< endl;

}

int main()
{

	int a = 10;
	cout<< "a:"<< &a<< endl;
	func(a);

	return 0;
}

可以看出a和b的地址一样,而c与b的地址不一样,可以修改c的值,但是无法修改b的内容。

使用场景 

1.做参数

void Swap(int& left, int& right)
{
	int temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}


int main()
{
	int a = 5, b = 6;

	Swap(a,b);
	cout<< a<<" "<< b<< endl;

	return 0;
}

以前我们学习c语言是用的指针,现在我们学习c++就可以用引用替代,而且书写代码更加简洁。 

2.做返回值

这里引用做返回值使用是就需要特别小心,因为会发生函数栈帧,当函数被销毁的时候,他原来的空间就会被覆盖,那么有可能会我们用得到的返回值,再去进行访问时就找到原来那个值。

列如:

这里使用static,返回值n是静态变量,存放的空间是在全局区(代码区)而不是栈区。

int& Count()
{
   static int n = 0;
   n++;
   // ...

   return n;
}

那么使用下面代码会发生什么呢?

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<

我们发现第二次使用的Add函数时,ret的结果发生了改变。这里主要是因为两次都是使用的Add函数,开辟的空间是一样大,所以第一次使用函数的空间被第二次使用函数的空间所覆盖。原本是3的值,第二次进行访问的时候原位置是7了。

如果想象不出这个过程,通过图来理解:

我们这里只是一种情况,其实它有三种情况:(1)原来的值 (2)随机值 (3)被覆盖的值

int& Add(int a, int b)
{
	int c = a + b;
	return c;
}

int main()
{
	int& ret = Add(1, 2);
	cout<< "Add(1, 2) is :"<< ret<< endl;
	cout<< "Add(1, 2) is :"<< ret<< endl;
	Add(3, 4);
	cout<< "Add(1, 2) is :"<< ret<< endl;
	return 0;
}

那么如何理解这三种情况呢?

其实很好理解,因为太贴近我们生活了。当你一个人去开房,走的时候发现你华为手机掉在房间了,然后你回去找,第一种情况:你找到了你自己的手机。第二种情况:阿姨打扫了,原来的地方没有你的手机,可能放在前台了。第三中情况:别人已经入住了,你原来放手机的位置放的是苹果手机(别人的)。

我们要记住这个是错误代码展示,只是让我们深入理解之后不在编写出这样的代码。

正确代码:

//方法一
int Add(int a, int b)
{
	int c = a + b;
	return c;
}
//方法二
int& Add(int a, int b)
{
	static int c = a + b;
	return c;
}

结论:

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。

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。

#includestruct A{ 
	int a[10000];
};
void TestFunc1(A a){
}

void TestFunc2(A& a){
}

void TestRefAndValue(){
	A a;    // 以值作为函数参数    
	size_t begin1 = clock();  
	for (size_t i = 0; i< 10000; ++i)  
		TestFunc1(a);   
	size_t end1 = clock();
	// 以引用作为函数参数   
	size_t begin2 = clock();
	for (size_t i = 0; i< 10000; ++i)    
		TestFunc2(a); 
	size_t end2 = clock();
	// 分别计算两个函数运行结束后的时间  
	cout<< "TestFunc1(A)-time:"<< end1 - begin1<< endl;  
	cout<< "TestFunc2(A&)-time:"<< end2 - begin2<< endl;
}

int main()
{
	TestRefAndValue();

	return 0;
}

值和引用的作为返回值类型的性能比较 

传值和指针在作为传参以及返回值类型上效率相差很大。

#includestruct A{ int a[10000]; };

A a;// 值返回
A TestFunc1() {
	return a;
}
// 引用返回
A& TestFunc2(){
	return a;
}
void TestReturnByRefOrValue(){  
	// 以值作为函数的返回值类型    
	size_t begin1 = clock();    
	for (size_t i = 0; i< 100000; ++i)      
		TestFunc1();  
	size_t end1 = clock();
	// 以引用作为函数的返回值类型   
	size_t begin2 = clock();  
	for (size_t i = 0; i< 100000; ++i) 
		TestFunc2();   
	size_t end2 = clock();
	// 计算两个函数运算完成之后的时间   
	cout<< "TestFunc1 time:"<< end1 - begin1<< endl;  
	cout<< "TestFunc2 time:"<< end2 - begin2<< endl;
}

int main()
{
	TestReturnByRefOrValue();

	return 0;
}

引用和指针的区别 

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。

int main(){
	int a = 10; 
	int& ra = a;
	cout<< "&a = "<< &a<< endl; 
	cout<< "&ra = "<< &ra<< endl;
	return 0;
}

在语法上,他们的地址都是一样的,所以共用一块空间。但是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。

int main(){
	int a = 10;
	int& ra = a; 
	ra = 20;
	int* pa = &a;
	*pa = 20;
	return 0;
}

引用和指针的语法对比图:

我们来看下引用和指针的汇编代码对比:

在底层引用与指针,当变量很小的时候都是用寄存器存储的,相当于开辟一块临时变量。 

引用和指针的不同点:

1. 引用概念上定义一个变量的别名,指针存储一个变量地址。

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

内联函数

  在c语言中,我们为了解决调用函数不开辟栈帧,我们经常会使用到宏,但是使用宏是有缺陷的,1不能调试,2没有类型安全检查,3容易写错。为了解决这些问题c++就使用内联函数。

宏与内联的比较
#include#define Add(x,y) ((x)+(y))

inline int add(int x, int y)
{
	return x + y;
}

int main()
{
	int x = 10, y = 20;
	int ret = Add(x, y);
	int ret2 = add(x, y);

	printf("%d\n",ret);
	printf("%d\n", ret2);

	return 0;
}
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。

如果在上述函数前增加inline关键字将其改成内联函数,在编译期间编译器会用函数体替换函数的 调用。

查看方式: 

1. 在release模式下,查看编译器生成的汇编代码中是否存在call Add

2. 在debug模式下,需要对编译器进行设置,否则不会展开(因为debug模式下,编译器默认不 会对代码进行优化,以下给出vs2013的设置方式)

特性

1. inline是一种以空间换时间的做法,如果编译器将函数当成内联函数处理,在编译阶段,会 用函数体替换函数调用,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。

展开会用更多的寄存器,空间就会变大,这样就会影响可执行程序的大小--安装包。

2. inline对于编译器而言只是一个建议,不同编译器关于inline实现机制可能不同,一般建议:将函数规模较小(即函数不是很长,具体没有准确的说法,取决于编译器内部实现)、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。

当函数长了之后展开会发声代码膨胀

3. inline不建议声明和定义分离,分离会导致链接错误。因为inline被展开,就没有函数地址 了,链接就会找不到。  

// F.h

#includeusing namespace std;

inline void f(int i);

// F.cpp

#include "F.h"

void f(int i)
{
 cout<< i<< endl;
}

// main.cpp

#include "F.h"

int main()
{
 f(10);
 return 0;
}

// 链接错误:main.obj : error LNK2019: 无法解析的外部符号 "void __cdecl 
f(int)" (?f@@YAXH@Z),该符号在函数 _main 中被引用
auto关键字 

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

#include#includeint main()
{
 std::mapm{ { "apple", "苹果" }, { "orange", 

"橙子" }, 
   {"pear","梨"} };
 std::map::iterator it = m.begin();
 while (it != m.end())
 {
 //....

 }
 return 0;
}

std::map::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:  

#include #include

typedef std::mapstd::string, std::string>Map;

int main() {
 Map m{ 
           {
                 "apple", "苹果" },{ "orange", "橙子" }, {"pear","梨"} 
};

使用typedef给类型取别名确实可以简化代码,但是typedef有会遇到新的难题: 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。

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。

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

}
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  

void TestAuto()
{
    int a[] = {1,2,3};
    auto b[] = {4,5,6};
}

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。

基于范围的for循环(C++11) 范围for的语法

在C++98中如果要遍历一个数组,可以按照以下方式进行:

void TestFor()
{
 int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
 for (int i = 0; i< sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
     array[i] *= 2;
 
 for (int* p = array; p< array + sizeof(array)/ sizeof(array[0]); ++p)
     cout<< *p<< endl;
}

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 对于数组而言,就是数组中第一个元素和最后一个元素的范围;对于类而言,应该提供begin和end的方法,begin和end就是for循环迭代的范围。

注意:以下代码就有问题,因为for的范围不确定

void TestFor(int array[])
{
    for(auto& e : array)
        cout<< e<

2. 迭代的对象要实现++和==的操作。(关于迭代器这个问题,以后会讲,现在提一下,没办法 讲清楚,现在大家了解一下就可以了)

指针空值nullptr(C++11) C++98中的指针空值

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)"<

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。

今天的知识到这里就完了,希望该文章能对各位朋友有一丝帮助!                                                      (全文完) 

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