1、C++输入&输出

新生婴儿会以自己独特的方式向这个崭新的世界打招呼，C++刚出来后，也算是一个新事物，
那C++是否也应该向这个美好的世界来声问候呢？我们来看下C++是如何来实现问候的。

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
    cout<<"Hello world!!!"<<endl;
    return 0;
}

说明：

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。
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<iostream.h>格式，后续编译器已不支持，因此推荐使用 < iostream>+std的方式。
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

#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;
}

2、缺省参数

大家知道什么是备胎吗？
C++中函数的参数也可以配备胎。

2.1 缺省参数概念

void TestFunc(int a = 0)
{
	cout<<a<<endl;
}
int main()
{
	TestFunc(); // 没有传参时，使用参数的默认值
	TestFunc(10); // 传参时，使用指定的实参
}

2.2 缺省参数分类

· 全缺省参数

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

注意：

半缺省参数必须从右往左依次来给出，不能间隔着给
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。

缺省值必须是常量或者全局变量
C语言不支持（编译器不支持）

3、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，中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！”

函数重载概念

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;
}

下面两个函数属于函数重载吗？

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

显然不属于，由概念可知，重载和返回类型无关，函数重载首先函数名得一样，然后参数的类型个数顺序（这三个只要有一个不一样）就构成函数重载。

4、引用

4.1 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);
}

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的

4.2 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);
}

4.3 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;
}

4.4 使用场景

1. 做参数

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

2. 做返回值

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

下面代码输出什么结果？为什么？

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;
}

在这里插入图片描述
这里ret是Add的别名，实际上就是Add(3,4);

4.5 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;
}

在这里插入图片描述

4.5.2 值和引用的作为返回值类型的性能比较

#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;
}

在这里插入图片描述

通过上述代码的比较，发现传值和指针在作为传参以及返回值类型上效率相差很大。

4.6 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;
}

我们来看下引用和指针的汇编代码对比：
在这里插入图片描述

引用和指针的不同点:

引用在定义时必须初始化，指针没有要求
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
没有NULL引用，但有NULL指针
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)
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
有多级指针，但是没有多级引用
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
引用比指针使用起来相对更安全

5、内联函数

5.1 概念

int Add(int left, int right)
{
	return left + right;
}
int main()
{
	int ret = 0;
	ret = Add(1, 2);
	return 0;
}

在这里插入图片描述

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：

在release模式下，查看编译器生成的汇编代码中是否存在call Add
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vs2019的设置方式)

5.2 特性

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。
inline对于编译器而言只是一个建议，编译器会自动优化，如果定义为inline的函数体内有循环/递归等
等，编译器优化时会忽略掉内联。
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

【面试题】

6. auto关键字(C++11)

6.1 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。
在这里插入图片描述
【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。

6.2 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;
}

在这里插入图片描述

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。
在这里插入图片描述

6.3 auto不能推导的场景

1. auto不能作为函数的参数
在这里插入图片描述
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
2. auto不能直接用来声明数组

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。

7. 基于范围的for循环(C++11)

7.1 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。

7.2 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，现在大家了解一下就可以了)

8. 指针空值nullptr(C++11)

8.1 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;
}

程序本意是想通过f(NULL)调用指针版本的f(int*)函数，但是由于NULL被定义成0，因此与程序的初衷相悖。
在C++98中，字面常量0既可以是一个整形数字，也可以是无类型的指针(void*)常量，但是编译器默认情况下将其看成是一个整形常量，如果要将其按照指针方式来使用，必须对其进行强转(void *)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。

1、C++输入&输出

2、 缺省参数

2.1 缺省参数概念

2.2 缺省参数分类

3、 函数重载

函数重载概念

4、 引用

4.1 引用概念

4.2 引用特性

4.3 常引用

4.4 使用场景

4.5 传值、传引用效率比较

4.5.2 值和引用的作为返回值类型的性能比较

4.6 引用和指针的区别

5、 内联函数

5.1 概念

5.2 特性

【面试题】

6. auto关键字(C++11)

6.1 auto简介

6.2 auto的使用细则

6.3 auto不能推导的场景

7. 基于范围的for循环(C++11)

7.1 范围for的语法

7.2 范围for的使用条件

8. 指针空值nullptr(C++11)

8.1 C++98中的指针空值

2、缺省参数

3、函数重载

4、引用

5、内联函数