C++初阶——命名空间、缺省参数、函数重载和内联函数

末蓝、 2022-10-25 12:52 245阅读 0赞

### C++入门 ###

*  一、命名空间
 *   *  1.1 命名空间的定义
     *   *  1.1.1 普通的命名空间
         *  1.2.2 命名空间的嵌套
         *  1.3.1 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。
     *  1.2 命令空间的使用
     *   *  1.2.1 加命名空间名称及作用域限定符
         *  1.2.2 使用using将命名空间中成员引入
         *  1.2.3 使用using namespace 命名空间名称引入
 *  二、输入&输出
 *  三、缺省参数
 *   *  3.1 缺省参数的定义
     *  3.2 缺省参数分类
     *   *  3.2.1 全缺省参数
         *  3.2.2 半缺省参数
 *  四、函数重载
 *   *  4.1 函数重载概念
     *  4.2 C++支持函数重载，而C语言不支持函数重载的原因
     *   *  4.2.1 过程分析
         *  4.2.2 结论
     *  4.3 extern "C"
 *  五、内联函数
 *   *  5.1 概念
     *  5.2 特性
     *  Q1：宏的优缺点？
     *  Q2:C++有哪些技术替代宏？

> 我们知道C语言的hello world文件后缀为’.c’，那么C++的文件后缀为’.cpp’  
> 首先写出第一个C++程序Hello World来了解C++这门语言。

#include <iostream>
    using namespace std;	//1.命名空间
    
    int main()
    {
        
      cout<<"Hello World!"<<endl;	//2.输出
      return 0;
    }

从C++的hello world可以看出与C语言的直观**区别**：

*  C语言中的头文件以’.h’结尾，而C++却是直接书写头文件名
 *  C++中还多可一条语句using namespace std
 *  C++中的输出语句为cout，换行语句为endl

那么接下来就从下面几个方面展开叙述C++的基础知识：

# 一、命名空间 #

在C/C++中，变量、函数和类都是大量存在的，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。

举个栗子，解释命名冲突：

> 假设你和你的同事分别负责一个项目的不同模块，如果**你定义了变量a**，**你的同事也定义了变量a**，那么程序在使用变量a时**使用的是谁定义的变量**呢？在C++中使用命名空间namespace来解决这个问题。

## 1.1 命名空间的定义 ##

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。定义命名空间有下面三种方式：

### 1.1.1 普通的命名空间 ###

> 命名空间中的内容**既可以是变量定义，也可以是函数定义**。

//1. 普通的命名空间
    namespace N1  // N1为命名空间的名称
    {
        
       // 命名空间中的内容，既可以定义变量，也可以定义函数
       int a;
       int Add(int left, int right)
       {
        
           return left + right;
       }
    }

### 1.2.2 命名空间的嵌套 ###

> 可以N3嵌套在N2中

//2. 命名空间可以嵌套
    namespace N2
    {
        
       int a;
       int b;
       int Add(int left, int right)
       {
        
           return left + right;
       }
        
       namespace N3	//N3嵌套在N2中
       {
        
           int c;
           int d;
           int Sub(int left, int right)
           {
        
               return left - right;
           }
       }
    }

### 1.3.1 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。 ###

> 下面N1的内容会和前面1中N1的内容合并到一个空间中

namespace N1
    {
        
       int Mul(int left, int right)
       {
        
           return left * right;
       }
    }

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，也就是只能在自己的命名空间中有效。

## 1.2 命令空间的使用 ##

#include<stdio.h>
    
    namespace N2
    {
        
      int a = 10;
      int b = 20;
      int Add(int x, int y)
      {
        
        return x + y;
      }
      namespace N3
      {
        
        int c = 30;
        int d = 40;
        int Sub(int x ,int y)
        {
        
          return x - y;
        }
      }
    }
    
    int main()
    {
        
      printf("%d\n", a);  // 该语句编译出错，无法识别a
      printf("%d\n", c);  // 该语句编译出错，无法识别c
    
      return 0;
    }

上述程序如果直接使用a，b变量则会报错，我们以第二种为例来讲解命名空间使用的三种方式：

### 1.2.1 加命名空间名称及作用域限定符 ###

> 在变量名前加命名空间名称N1和作用域限定符::就可以访问变量a和c了

int main()
    {
        
      printf("%d\n", N2::a);
      printf("%d\n", N2::N3::c);
    
      return 0;
    }

结果：  
![在这里插入图片描述][20210131205130121.png]

### 1.2.2 使用using将命名空间中成员引入 ###

using N2::a;
    
    int main()
    {
        
      printf("%d\n", a);
      printf("%d\n", N2::N3::c);
    
      return 0;
    }

![在这里插入图片描述][20210131205130121.png]

> 访问变量a就以直接使用而不加N2::了

### 1.2.3 使用using namespace 命名空间名称引入 ###

using namespace N2;
    
    int main()
    {
        
      printf("%d\n", a);
      printf("%d\n", N3::c);
      printf("%d\n", Add(20,30));
    
      return 0;
    }

![在这里插入图片描述][20210131210313928.png]

> 访问N2变量中变量与函数以及嵌套的命名空间可以不用输入N2::

# 二、输入&输出 #

1.  使用cout标准输出(控制台)和cin标准输入(键盘)时，必须包含< iostream >头文件以及std标准命名空间。
2.  使用C++输入输出更方便，**不需增加数据格式控制**，比如：整形–%d，字符–%c等

#include <iostream>
    using namespace std;
     
    int main()
    {
        
        int a;
        double b;
        char c;
        
        cin>>a;
        cin>>b>>c;
        
        cout<<a<<endl;
        cout<<b<<"  "<<c<<endl;
        return 0;
    }

![在这里插入图片描述][2021013121161584.png]

# 三、缺省参数 #

## 3.1 缺省参数的定义 ##

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 TestFun(int a = 10)
    {
        
      cout<<a<<endl;
    }
    
    int main()
    {
        
      TestFun();	// 没有传参时，使用参数的默认值
      TestFun(20);  // 传参时，使用指定的实参
    }

![在这里插入图片描述][20210131212511107.png]

## 3.2 缺省参数分类 ##

### 3.2.1 全缺省参数 ###

所有参数全部具有默认值就是全全缺省参数

void TestFun1(int a=10, int b =20, int c=30)
    {
        
      cout<<"a= "<<a<<endl;
      cout<<"b= "<<b<<endl;
      cout<<"c= "<<c<<endl;
    }
    
    int main()
    {
        
      TestFun1();
      TestFun1(1);
      TestFun1(1,2);
      TestFun1(1,2,3);
    
    }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwMDc2MDIy_size_16_color_FFFFFF_t_70]

### 3.2.2 半缺省参数 ###

只给部分参数的默认值就是半缺省参数

void TestFun2(int a, int b=20, int c=30)
    {
        
      cout<<"a= "<<a<<endl;
      cout<<"b= "<<b<<endl;
      cout<<"c= "<<c<<endl;
      
    }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwMDc2MDIy_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
 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

//a.h
    void TestFunc(int a = 10);
     
    // a.c
    void TestFunc(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。

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)

# 四、函数重载 #

## 4.1 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(参数个数或类型或顺序)必须不同**，常用来处理实现功能类似数据类型不同的问题。

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    int Add(int left ,int right)
    {
        
      return left+right; 
    }
     
    double Add(double left, double right)
    {
        
      return left+right;
    }
     
    long Add(long left, long right)
    {
        
      return left+right;
    
    }
     
    int main()
    {
        
      Add(10, 20);
      Add(10.0, 20.0);
      Add(10L, 20L);
    
      return 0;
    
    }

## 4.2 C++支持函数重载，而C语言不支持函数重载的原因 ##

### 4.2.1 过程分析 ###

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。**  
这四个阶段具体的功能可以参考这篇博客第二节  
[《Linux的C语言开发工具——通过进度条小程序学习使用gcc、gdb和make/Makefile工具》][Linux_C_gcc_gdb_make_Makefile]  
假设我们有以下程序

如果使用C语言编译会发现由于函数名相同，编译不通过，而C++却可以编译通过  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwMDc2MDIy_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
我们反汇编查看C和C++中对于函数名的修饰是怎样的？

*  在Linux下使用以下命名就可以查看了C语言反汇编结果  
    `objdump -S 05-C_FunOverload`

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwMDc2MDIy_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
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。**

*  在Linux下使用以下命名就可以查看了C++反汇编结果  
    `objdump -S 05-FunOverload`  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwMDc2MDIy_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
    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。**

### 4.2.2 结论 ###

通过分析我们可以看出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】。**

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。

## 4.3 extern “C” ##

有时候在C++工程中可能需要**将某些函数按照C的风格来编译，在函数前加extern “C”，意思是告诉编译器，将该函数按照C语言规则来编译**。比如：tcmalloc是google用C++实现的一个项目，他提供tcmallc()和tcfree两个接口来使用，但如果是C项目就没办法使用，那么他就使用extern “C”来解决。

extern "C" int Add(int left, int right);
     
    int main()
    {
        
        Add(1,2);
        return 0;
    }

# 五、内联函数 #

## 5.1 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**，没有函数压栈的开销，内联函数提升程序运行的效率。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwMDc2MDIy_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwMDc2MDIy_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

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**。

## 5.2 特性 ##

1.  inline是一种**以空间换时间的做法**，省去调用函数额开销。所以**代码很长**或者有**循环/递归**的函数不适宜使用作为内联函数。
2.  **inline对于编译器而言只是一个建议**，编译器会自动优化，这里需要注意并**不是添加了inline关键字，编译器就会无脑将函数变为内联**，仅仅是建议，例如：如果定义为inline的函数体内有循环/递归等，编译器优化时会忽略掉内联。
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。

## Q1：宏的优缺点？ ##

优点：

> 1.增强代码的复用性。  
> 2.提高性能。

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 。

## Q2:C++有哪些技术替代宏？ ##

1.  对于常量的定义，可以换用const关键字来替代宏
2.  对于函数的定义，可以换用inline关键字替代宏

[20210131205130121.png]: /images/20221024/98ce18fc3d1647768c57e5ed78723eb7.png
[20210131210313928.png]: /images/20221024/62e9ada7d1a54ebd86a02cb0d1b5cd74.png
[2021013121161584.png]: /images/20221024/c8797b074b4b455db1f2f1841de1394b.png
[20210131212511107.png]: /images/20221024/611f94cc83014707a4e2b862521a543f.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwMDc2MDIy_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221024/c970237d4a34412abd0fdcb07c0bf72a.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwMDc2MDIy_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20221024/734adbb85b8846d498c848a175bf775d.png
[Linux_C_gcc_gdb_make_Makefile]: https://blog.csdn.net/qq_40076022/article/details/113403676
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwMDc2MDIy_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20221024/dea6a711c8a14b24a54337a4975dbcf2.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwMDc2MDIy_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20221024/0738bf4924004bab979cf6873aa9c54b.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwMDc2MDIy_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20221024/1162c6c564f14f46a5d85d9512f69ddd.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwMDc2MDIy_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]: /images/20221024/068bda2e206a4761a7df824cacf09629.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwMDc2MDIy_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]: /images/20221024/c0e86246774447bbbb2149cc8bd1efa5.png