c++介绍与入门基础（详细总结）

墨蓝 2024-04-06 09:19 60阅读 0赞

### 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。

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?][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][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][Link 1]、[激光器][Link 2]、[太阳能电池][Link 3]、[发光二极管][Link 4]、[数字交换机][Link 5]、[通信卫星][Link 6]、[电子数字计算机][Link 7]、[C语言][C]、[UNIX操作系统][UNIX]、蜂窝[移动通信设备][Link 8]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][Link 9]，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**

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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][Link 10]、简单[继承][Link 11]、[内联][Link 12]机制、[函数默认参数][Link 13]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**

![5f36beb600294993bef558986b7acb85.png][]

#### c++的版本 ####

<table style="width:650px;"> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th><strong>阶段 </strong></th> 
   <th><strong>内容 </strong></th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>C with classes</td> 
   <td>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</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>C++1.0</td> 
   <td>添加虚函数概念，函数和运算符重载，引用、常量等</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>C++2.0</td> 
   <td>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</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>C++3.0</td> 
   <td>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</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>C++98</strong></td> 
   <td>C++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)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>C++03</td> 
   <td>C++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</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>C++05</td> 
   <td> <p>C++标准委员会发布了一份计数报告(Technical Report，TR1)，正式更名</p> <p>C++0x，即：计划在本世纪第一个10年的某个时间发布</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>C++11</strong></td> 
   <td>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</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>C++14</td> 
   <td>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</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>C++17</td> 
   <td>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</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>C++20</td> 
   <td>自C++11以来最大的发行版，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</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>C++23</td> 
   <td>制定ing</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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**![81a88cdbc7da4e52ac0457b16243f36d.png][]

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][c]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。

![619780ee650c4aae8ff52e2ee3acf653.png][]

### 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 <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    
    int 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 <iostream>
    #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<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;
    }

#### 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<stdio.h>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。

#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;
    }

#### 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。

#include <iostream>
    
    using 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

#include <iostream>
    using 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;
    }

![8541525106c24f04bd91e6ef79972c77.png][]

**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;
    }

![95a554dd4b0341b898a55b0b046431d5.png][]

**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;
    }

![f39760db9ff648fa89e3e45a3e954c4f.png][]

**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;
    }

![4895471a90c3403381f16a579eadf4eb.png][]

**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;
    }

![bf4e6a78569c442fa64bcec5d542dbc0.png][]

#### 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][Link 14]。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 ：**

![60bcdfd781a44f17be5511b587d829f2.png][]

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：**

![85a1024964da4b3ea93da305e97dd1cf.png][]

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”。

![bbd8d64eb312450690380f08e5ecaa8e.gif][]

**类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；**

#include <iostream>
    
    void 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;
    }

![846a2a157b1c463ea6676070ff049c91.png][]

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;
    }

![caad6be4b159432cb93accf5a5c42c4d.png][]

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 <<endl;
        return 0;
    }

![24d299c008f54e69a8eb18bea097d72d.png][]

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：

![88fcc8d0678140d384ba8a5fc5c1bd22.png][]

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;
    }

![8f3ac81a48784810b8ebe82d8482d12e.png][]

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。

#include <time.h>
    struct 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;
    }

![11300bfa1a9e454e99e9b73e0b8a09fa.png][]

#### **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。

#include <time.h>
    struct 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;
    }

![5d515ec203114befa4c468d1ab1d6f4b.png][]

#### 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;
    }

![0bb0ee81480f464495788da0396adf0d.png][]

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：

![4c78a4ae5add4680bf9babbd34bb2b2d.png][]

我们来看下引用和指针的汇编代码对比：

![eddf6e55d78d49fcbef83c72f3445aed.png][]

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 <iostream>
    
    #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。

![0e9ce1c60d074bd8bce259798e49087c.png][]

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)

![df0807b5e31749cf8aa30998bafa0f65.png][]

#### ![021f50e3fda141e788b93824d06439d9.png][]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
    
    #include <iostream>
    
    using 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 <string>
    #include <map>
    
    int main()
    {
     std::map<std::string, std::string> m{ { "apple", "苹果" }, { "orange", 
    
    "橙子" }, 
       {"pear","梨"} };
     std::map<std::string, std::string>::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 <<endl;
    }

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)"<<endl;
    }
    
    void f(int*)
    {
     cout<<"f(int*)"<<endl;
    }
    
    int main()
    {
     f(0);
     f(NULL);
     f((int*)NULL);
     return 0;
    }

> **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！ ![a553eea6db734efb80fc8ea041990359.gif][] （全文完） ![a553eea6db734efb80fc8ea041990359.gif][]

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