C++之从C过渡(上)
Octopus2077 2024-08-08 16:05:02 阅读 57
C++之从C过渡
前言
暂时告别C语言,我们走进C++。对于有C语言基础,初学C++的我们来说,在正式学习C++的主体内容之前,我们需要先有一个过渡,本文中会总结过渡需要了解的零散知识,主要是语法。
正文
C++的第一个程序
C++兼容C语⾔绝⼤多数的语法,所以C语⾔实现的helloworld依旧可以运⾏,C++中需要把定义⽂件 代码后缀改为.cpp,vs编译器看到是.cpp就会调⽤C++编译器编译,linux下要⽤g++编译,不再是gcc。
<code>// test.cpp
#include<stdio.h>
int main()
{ -- -->
printf("hello world\n");
return 0;
}
然而C++有⼀套⾃⼰的输⼊输出,严格说C++版本的helloworld应该是这样写的。
// test.cpp
// 这⾥的std cout等看不懂,下面会依次讲解
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
cout << "hello world\n" << endl;
return 0;
}
命名空间
这个东西的出现是为了解决C语言中的一些问题。比如:
这是一段C语言代码,问题出在我们包含的stdlib.h这个头文件,我们知道头文件在预处理阶段会展开,也就是会将头文件拷贝过来,而在stdlib.h里有rand函数的定义,所以就与我们定义的变量命名冲突了。
也有可能是我们在与其他人协作时,代码合并后出现了很多冲突。可以说冲突就是C语言的一大问题。
所以我们在C++中有命名空间。
namespace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。命名空间中可以定义变量/函数/类型等。namespace本质是定义出⼀个域,这个域跟全局域各自独立,不同的域可以定义同名变量,所以下面的rand不在冲突了。C++中域有函数局部域,全局域,命名空间域,类域;域影响的是编译时语法查找⼀个变量/函数/ 类型出处(声明或定义)的逻辑,所有有了域隔离,名字冲突就解决了。局部域和全局域除了会影响编译查找逻辑,还会影响变量的生命周期,命名空间域和类域不影响变量生命周期。
<code>#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
//域
namespace oct
{ -- -->
//命名空间中可以定义变量、函数和类型
int rand = 10;
}//注意这里是没有分号的
int main()
{
//编译报错:重定义
printf("%d\n", rand);//此时rand已经被封起来了,这里的rand访问的是函数rand
//这里如果真的想打印rand,改为%p更好
return 0;
}
可以看出上面namespace定义中所说的,这个域跟全局域各自独立。
就近原则
int a = 0;
int main()
{
int a = 1;
printf("%d\n", a);
return 0;
}
在这段代码中,全局和局部都有个a,那么我们打印时访问的是哪个a呢?答案是局部的,这是由于就近原则:先在局部找再去全局找。
那如果我们现在就想要访问全局的这个a,该怎么办呢?
这时候我们就需要用到**“域作用限定符”**,也就是两个冒号。
冒号左边不给东西,就默认去全局域查找了。
那现在我们想要访问namespace里的变量,怎么做呢?
在域作用限定符左侧给上命名空间的名字,也就是告诉编译器直接去这个命名空间中查找。
查找不是运行时而是编译时,原则上C/C++编译的时候,用一个函数或者变量都得找到它的声明或者定义。关于生命周期,namespace不影响生命周期,namespace中定义的变量也是全局变量。只不过是访问时只有指定才能找到的全局变量。我们不能在局部定义域(在main里面写namespace)。
在命名空间中定义函数和结构
<code>namespace oct
{ -- -->
//命名空间中可以定义变量、函数和类型
int rand = 10;
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
struct Node
{
struct Node* next;
int val;
};
}
注意,在命名空间中定义结构,我们要访问时的使用方式是这样的:
<code>struct oct::Node p1;
namespace的定义
namespace的前三条定义我们就看完了,现在再看三个定义:
namespace只能定义在全局,当然他还可以嵌套定义。项⽬⼯程中多⽂件中定义的同名namespace会认为是⼀个namespace,不会冲突。C++标准库都放在⼀个叫std(standard)的命名空间中。
命名空间的嵌套定义
在一个公司中我们可能有多个项目组,不同组用不同的命名空间,就不会冲突了。但是对于在同一个项目组的不同人来说,各自在各自的电脑上写,然后要合代码,比如用git提交代码,合起来可能就冲突了。也就是说在一个命名空间内部的冲突。
namespace oct
{ -- -->
namespace october
{
int rand = 1;
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
}
namespace octopus
{
int rand = 2;
int Add(int left, int right)
{
return (left + right)*10;
}
}
}
当然还可以再往下嵌套。
那么嵌套的命名空间里的成员如何访问?
多文件同名namespace不会冲突
同一个命名空间我们可以在同一个文件中定义多份,也可以在多个文件中定义多份。
比如我们现在有栈、队列、链表的文件,将它们都封装在namespace oct中,逻辑上会将它们合并,而不是冲突。否则我们一个文件一个命名空间,得定义很多的命名空间,显然不合适。
比如我们现在在全局定义一个静态的栈,再在命名空间定义动态的栈,在使用时我们就可以通过域的隔离分别使用,不会冲突。
C++标准库都放在⼀个叫std(standard)的命名空间中
标准库也怕和别人冲突。
C++标准库也有很多个各自的文件,都用namespace std合并封起来。
命名空间的使用
命名空间的使用有三种方式。
编译查找⼀个变量的声明/定义时,默认只会在局部或者全局查找,不会到命名空间里面去查找。所以下面程序会编译报错。所以我们要使⽤命名空间中定义的变量/函数,有三种⽅式:
指定命名空间访问,项⽬中推荐这种⽅式。using将命名空间中某个成员展开,项⽬中经常访问的不存在冲突的成员推荐这种⽅式。展开命名空间中全部成员,项⽬不推荐,冲突⻛险很⼤,⽇常⼩练习程序为了⽅便推荐使⽤。
上面我们使用的方式是指定命名空间访问。
而每次都指定命名空间还是挺麻烦的。
全展开
现在可以看到,我们就可以不用指定,直接使用命名空间里的a和b了。而这种写法是命名空间全展开。
但是展开整个命名空间的风险是很大的。只适合我们平时写日常小练习程序。
某个成员展开
所以我们还有一种折中的方式:把命名空间中的某个成员展开。
假如我们要频繁使用a,且a不存在冲突风险:
所以一般在项目中我们选择将前两种方法结合使用。
注意,在展开头文件和展开命名空间中都提到“展开”,但二者并非同一个意思。展开头文件指的是将这个头文件内容拷贝过来。而展开命名空间相当于我们将用于隔离的墙拆除了。
C++输⼊&输出
是Input Output Stream的缩写,是标准的输⼊、输出流库,定义了标准的输⼊、输出对象。std::cin是istream类的对象,它主要面向窄字符(narrow characters(of type char))的标准输⼊流。std::cout是ostream类的对象,它主要面向窄字符的标准输出流。std::endl是⼀个函数,流插⼊输出时,相当于插⼊⼀个换⾏字符加刷新缓冲区。
只有内存里才有整型、浮点型这样的概念,在其他的地方比如文件、网络都是字符流的概念。
整型有原码、反码、补码,浮点数也有自己的存储规则,这都是内存里的存储。内存中有这样的概念是为了方便运算。
不管我们用cout还是printf,整型其实都是转换成字符。比如1234被转换为4个字符然后再输出。-1234被转换成5个字符再输出。任何类型都要转换为字符再输出到控制台。
<<是流插⼊运算符,>>是流提取运算符。(C语⾔还⽤这两个运算符做位运算左移/右移)
<code>#include<iostream>
using namespace std;//一般选择展开,更方便
int main()
{ -- -->
int i = 1234;
int j = -1234;
cout << i << endl;
}
使⽤C++输⼊输出更⽅便,不需要像printf/scanf输⼊输出时那样,需要⼿动指定格式,C++的输⼊ 输出可以自动识别变量类型(本质是通过函数重载实现的,这个以后会讲到),其实最重要的是 C++的流能更好的⽀持⾃定义类型对象的输⼊输出。
我们的插入可以一次写很多个连一起。
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
int a = 0;
double b = 0.1;
char c = 'x';
cout << a << " " << b << " " << c << endl;
return 0;
}
还可以这样写:
<code>cout << a << " " << b << " " << c << "\n";
在C++中用"\n"也可以换行。
而这样写就不行:
cout << a " " ;
cout也就是流插入其实是函数调用,只能有一个参数。<<是二元操作符,只能有两个操作数。
可以看到,C语言需要指定类型,比较麻烦,而C++却可以自动识别。
我们再来试试输入(流提取)。
从控制台中提取然后转化成对应的类型。
可以看到可以一次输入多个。
endl比较复杂,是一个函数。它的底层不是一个换行符。其实cout和cin也很复杂。这些都需要日后学得更深入再具体了解。
IO流涉及类和对象,运算符重载、继承等很多面向对象的知识,这些知识我们日后讲解。
cout/cin/endl等都属于C++标准库,C++标准库都放在⼀个叫std(standard)的命名空间中,所以要通过命名空间的使⽤⽅式去⽤他们。
这⾥我们没有包含<stdio.h>,也可以使⽤printf和scanf,在包含间接包含了。vs系列编译器是这样的,其他编译器可能会报错。
小细节:
关于C语言中的控制精度:
可以看到我们的C++是默认保留小数点后5位。也可以人为控制,但是不建议了解。在我们想要控制时,可以用回printf。
在用scanf时我们需要取地址,因为scanf是个函数,[形参的改变不会影响实参,所以我们要取地址。]而在C++中我们就无需取地址。
再次总结,io流函数的定义在iostream头文件里的std命名空间里,可以自动识别类型,可以一行多个输入输出。
补充:
<code>#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{ -- -->
// 在io需求⽐较⾼的地⽅,如部分⼤量输⼊的竞赛题中,加上以下3⾏代码
// 可以提⾼C++IO效率
ios_base::sync_with_stdio(false);
cin.tie(nullptr);
cout.tie(nullptr);
return 0;
}
C++的IO流由于各种各样的原因比如要兼容C语言,而这种兼容会付出一些代价。IO输入输出是带缓冲区的,各自有各自的缓冲区,要兼容就得去关注对应的缓冲区。为了提高性能,除了换用printf、scanf,还可以选择把这三句代码加上。
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,缺省参数分为全****缺省和半****缺省参数。(有些地方把缺省参数也叫默认参数)
• 全缺省就是全部形参给缺省值,半缺省就是部分形参给缺省值。C++规定半缺省参数必须从右往左依次连续缺省,不能间隔跳跃给缺省值。
• 带缺省参数的函数调⽤,C++规定必须从左到右依次给实参,不能跳跃给实参。
• 函数声明和定义分离时,缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现,规定必须函数声明给缺省值。
#include <iostream>
using namespace std;
void Func(int a = 0)//缺省参数
{
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;
}
其实就是如果有传就用传的,没有就用默认的值(缺省值)。
#include <iostream>
using namespace std;
// 全缺省
void Func1(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{
cout << "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;
cout << "c = " << c << endl << endl;
}
// 半缺省
void Func2(int a, int b = 10, int c = 20)
{
cout << "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;
cout << "c = " << c << endl << endl;
}
int main()
{
Func1();//一个都不传
Func1(1);//传一个
Func1(1,2)//传两个
Func1(1,2,3);//全传
Fun1(,2,);//这样传不可以
Func2();//不能一个都不传
Func2(100);//传一个
Func2(100, 200);//传两个
Func2(100, 200, 300);//全传
return 0;
}
注意半缺省参数必须从右往左依次连续缺省,不能间隔跳跃给缺省值。
缺省参数在实践中的意义
之前我们在写栈的插入数据时,如果后续要插入很多数据我们就要多次扩容,效率低下,而如果初始化时一把开好,就可以避免扩容。我们可以使用缺省参数:
(test.cpp中)
#include<iostream>
using namespace std;
#include"Stack.h"
int main()
{
// 确定知道要插入1000个数据,初始化时一把开好,避免扩容
moon::ST s2;
moon::STInit(&s2, 1000);
for (size_t i = 0; i < 1000; i++)
{
moon::STPush(&s2, i);
}
return 0;
}
(stack.h中)
void STInit(ST* ps, int n = 4);
(stack.cpp中)
这样我们就一把开好,不需要扩容,效率就得到了提高。在我们不知道多大时,不传参数,默认就为缺省参数。
缺省参数是很好用的,日后就知道了。
函数重载
C++⽀持在同⼀作用域中出现同名函数,但是要求这些同名函数的形参不同,可以是参数个数不同或者类型不同。这样C++函数调用就表现出了多态行为,使用更灵活。C语言是不⽀持同⼀作⽤域中出现同名函数的。
这个东西非常有用。可以说是C语言的一大缺陷。
<code>#include<iostream>
using namespace std;
// 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(1,2);
Add(1.1,2.2);
return 0;
}
以上代码,C语言是无法做到的。这种情况能同名显然是更好的。
再如
void Swap(int* px,int* py)
{ }
void Swap(double* px, double* py)
{ }
交换函数,如果能够同名,显然是非常好。
// 2、参数个数不同
void f()
{
cout << "f()" << endl;
}
void f(int a)
{
cout << "f(int a)" << endl;
}
// 3、参数类型顺序不同(本质也是类型不同)
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;
}
坑:
// 下⾯两个函数构成重载,因为参数个数不同
// f()但是调用时,会报错,存在歧义,编译器不知道调⽤谁
void f1()
{
cout << "f()" << endl;
}
void f1(int a = 10)
{
cout << "f(int a)" << endl;
}
//返回值不同不能作为重载条件,因为调⽤时也⽆法区分
void fxx()
{ }
int fxx()
{
return 0;
}
引用
这也是C++中非常好用的一个东西。
引用的概念和定义
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:⽔壶传中李逵,宋江叫"铁⽜",江湖上⼈称"黑旋风";林冲,外号豹⼦头;
类型&引用别名=引用对象;
C++中为了避免引⼊太多的运算符,会复⽤C语⾔的⼀些符号,⽐如前面的<<和>>,这⾥引⽤也和取地址使⽤了同⼀个符号&,从使⽤⽅法⻆度区分就可以。
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
int a = 0;
// 引⽤:b和c是a的别名
int& b = a;
int& c = a;
// 也可以给别名b取别名,d相当于还是a的别名
int& d = b;
++d;
// 这⾥取地址我们看到是⼀样的
cout << &a << endl;
cout << &b << endl;
cout << &c << endl;
cout << &d << endl;
return 0;
}
无论叫a b c还是d,都是同一块空间的名字。给其中一个名字加1,其他的名字的值也都加1。
引用的实践
以前我们要交换两个变量的值,得使用传地址的方式。
我们现在使用引用,就无需传地址也能交换两个变量的值。
理解这个我们不要去想底层(底层也是指针),在语法层面就是取别名。
也就是rx是x的别名,ry是y的别名。改变别名就能改变本身。这样并没有为形参开辟新的空间。
我们可能会见到以下的代码:
<code>void STInit(ST& rs, int n = 4)
{ -- -->
rs.a = (STDataType*)malloc(n * sizeof(STDataType));
rs.top = 0;
rs.capacity = n;
}
这里就用别名来替换了指针。
再或者这样:
// 栈顶
void STPush(ST& rs, STDataType x)
{
//assert(ps);
// 满了, 扩容
if (rs.top == rs.capacity)
{
printf("扩容\n");
int newcapacity = rs.capacity == 0 ? 4 : rs.capacity * 2;
STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(rs.a, newcapacity *
sizeof(STDataType));
if (tmp == NULL)
{
perror("realloc fail");
return;
}
rs.a = tmp;
rs.capacity = newcapacity;
}
rs.a[rs.top] = x;
rs.top++;
}
有了引用之后进入函数我们就不需要断言了。
还有原本下面的这个函数,我们是要用二级指针作为参数的,因为可能链表为空,push的这个就要成为头结点,那么plist就会改变,而如果参数为一级指针,phead改变无法改变plist,于是我们用二级指针。
void ListPushBack(LTNode*& phead, int x)
{
PNode newnode = (PNode)malloc(sizeof(LTNode));
newnode->val = x;
newnode->next = NULL;
if (phead == NULL)
{
phead = newnode;
}
else
{
//...
}
}
int main()
{
LTNode* plist = NULL;
ListPushBack(plist,1);
return 0;
}
而现在我们可以给指针取别名,就不用二级指针。所以我们现在改变指针phead,就是改变main中的指针plist。
typedef struct ListNode
{
int val;
struct ListNode* next;
}LTNode, *PNode;
//等价于
typedef struct ListNode* PNode;
PNode是指向LTNode类型的指针(结构体指针)。
所以上面函数也可以写成
void ListPushBack(PNode& phead, int x)
本文到此结束,但过渡内容没有结束,敬请期待下文=_=
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