1. 前言：C++ 与 C语言

1. 相对于C语言面向过程的编程语言，C++在继承C的基础上进行发展与补足，为C语言添加了面向对象方面的内容（类与对象，继承多态，模板）
2. 面向对象与面向过程：如果将编程比作洗衣服，那么面向过程的编程就好比我们自己一步一步的进行衣物浆洗（接水，放入洗衣液，浸泡，手搓），而面向对象编程就是洗衣机，我们只用将衣服放入，倒水倒洗衣液，具体的细节我们无需关系。总的来说，C关心得是过程，而C++只用关注对象与对象及其他们的关系。

2. C++对于C语言语法的完善与补充

2.1 命名冲突与命名空间

在C语言的学习中，我们了解，在一个变量或函数的声明周期内，与它同一作用域中，不能创建与其同名的变量或函数。这在很多时候导致了不便，对于代码的可读性与灵活性也存在一定影响，而在C++中引入了命名空间这一新语法很好的解决了这一问题，接下来就让我们进行这方面的学习。

2.1.1 命名空间的定义

1. 定义方式：关键字namespace后加空间名
2. 作用：
   <1>正常变量的作用范围是它声明周期内的整个作用域，而命名空间就像是一个院子，将其空间内变量函数等封装了起来。
   <2> 正常检索下不会进入命名空间内，只有使用时指定才会在进入其中检索。
   <3> 命名空间内的变量，函数，自定义类型等与命名空间外的同名变量，函数，自定义类型不冲突。

定义方式：

namespace space1//[自定义名称]
{
    
	//变量。。。。
	int a;
	//函数。。。。
	int Add(int num1, int num2)
	{
    }
	//自定义类型。。。。
	typedef struct Node
	{
    }Node;
}

补充1：命名空间可以嵌套使用

namespace space1
{
    
	namespace space2
	{
    
		int a;
	}
} 

补充2：不同文件中可有相同名称的命名空间，而这些同名命名空间在编译时会被合并

2.1.2 调用方式

调用方式1：（指定命名空间）

//调用命名空间内的资源
//变量
space::a = 1;
//函数
int ret = space::Add(1, 2);
//自定义类型
space1::Node node1;

//嵌套命名空间的调用方式
space1::space2::a = 1;

调用方式2：（打开命名空间）

//打开命名空间，打开命名空间后可以不使用后缀访问其内资源
using namespace space;

using namespace space1::space2;

调用方式3：（将单个命名空间中的资源引入）

//引入space1空间中的a
using space1::a;
a = 2;

using space1::space2::a;

补充：

C++库中有自己的命名空间，比如std，是C++头文件<iostream>中的命名空间，其内部有一些很重要的资源。示例如下：

1. 注：C++中的头文件不带.h，以与C中的头文件做区分

using namespace std;

//cout为继承ostream类型的对象
// << 为流插入操作符
//endl为行结束标志
cout << "hello world" << endl;

1. 语句意义：向cout中插入信息，将信息插入到显示器上
2. <<流插入操作符

2.3 补充：流的概念

1. 因为有各种各样的硬件设备，它们之间的组成与结构不同，为了方便各个硬件间的协同工作，我们引入流的概念。
2. 将电脑中的信息理解为一股有方向的流，我们不关心信息交换的具体方式，只理解为有一条条信息组成的"河流"从源头设备流入向目标设备。
3. 流插入操作符的意义即为，将指定的信息插入到指定设备中去。（cout标准输出对象：控制台，cin标准输入对象：键盘）

int num1 = 0;
//从键盘上读取数据将其存放入变量num中
cin >> num1;

int num2, num3;
//可连续读取
//回车或空格间隔
cin >> num2 >> num3;

//可连续插入
cout << num1 << ' ' << num2 << ' ' << num3 << endl;

2.4 缺省参数

2.4.1 缺省参数的使用

1. 我们在创建定义函数时，往往要给函数定义参数。带有参数的函数，当我们调用时传参不可缺漏。
2. 而在C++中对于函数参数添加了新的内容，使得这一定则有了新的补充，方便了我们的日常使用
3. 在C语言程序中，函数参数的传递是不可省略的，否则必将报错 ，C++中在传参中有时可以省略，具体规则如下：

全缺省：

函数参数都赋予缺省值，方式如下：

void Print(int a  = 0, int b = 0, int c = 0)
{
    
	cout << a << ' ' << b << ' ' << c << endl;
}

半缺省：

函数参数赋予部分缺省值，方式如下：

1. 注1：缺省值的赋予不可中断不连续
2. 注2：半缺省的赋予，必须从尾部开始
3. 注3：从头开始半缺省无法判断调用函数时的值赋予哪个参数

//示例1：（正确）
void Print(int a, int b = 0, int c = 0)
{
    
	cout << a << ' ' << b << ' ' << c << endl;
}

//示例2：（错误）
void Print(int a = 0, int b, int c = 0)
{
    
	cout << a << ' ' << b << ' ' << c << endl;
}

//示例3：（错误）
void Print(int a = 0, int b = 0, int c)
{
    
	cout << a << ' ' << b << ' ' << c << endl;
}

2.5 函数重载

2.5.1 什么是函数重载

编程习惯上，我们常常说 “名称即含义”，因此，函数名也会简单概括函数的功能，使得代码的可读性大大提高。

//示例1：
void swap1(int* num1, int* num2)
{
    
	int tmp = *num1;
	*num1 = *num2;
	*num2 = tmp;
}

void swap2(char* str1, char* str2)
{
    
	char tmp = *str1;
	*str1 = *str2;
	*str2 = tmp;
}

//示例2：
int Add1(int num1, int num2)
{
    
	return num1 + num2;
}

int Add1(int num1, int num2, int num3)
{
    
	return num1 + num2 + num3;
}

可是，随着代码量的提高，很多函数都会具有类似的功能，可是细节不同，参数类型不同此时，此时函数的命名就会变得非常繁琐与麻烦，无法很好的在场景中应用。因为存在这一问题，C++添加了函数重载的内容。

函数重载与编译器的函数名修饰规则：

在C/C++中，一份程序想要运行要经历预处理，编译，汇编，链接，这几个阶段。当程序编译运行时，检测到调用的函数，在调用处是没有函数定义的，所以就要进行项目内各个文件的链接合并，在符号表中查询函数名并调用相应的函数地址。

1. C语言中符号并表中只存有简单的函数名，当存在同名函数时编译器无法识别。
2. C++中会对编译链接时会对函数名进行，下面简述Linux操作系统下g++的函数名修饰规则，[_Z] + [函数名长度] + [函数名首字母] + [函数类型首字母]

2.5.2 函数重载的使用

两个同名函数之间是否构成重载，只与参数类型，参数个数有关，与返回值无关。

参数类型不同（构成）：

//构成重载
void swap(int* left, int* right)
{
    
	int tmp = *left;
	*left = *right;
	*right = tmp;
}

void swap(char* left, char* right)
{
    
	char tmp = *left;
	*left = *right;
	*right = tmp;
}

//调用方式：
int a = 10;
int b = 20;
swap(&a, &b);

char c1 = 'a';
char c2 = 'b';
swap(&c1, &c2);

参数个数不同（构成）：

int Add(int nums1, int nums2)
{
    
	return nums1 + nums2;
}

int Add(int nums1, int nums2, int nums3)
{
    
	return nums1 + nums2 + nums3;
}

//调用方式：
cout << Add(10, 20) << endl;

cout << Add(10, 20, 30) << endl;

参数数量与类型相同，返回值不同（不构成）：

int f()
{
    
	return 10;
}

void f()
{
    
	cout << 10 << endl;
}

2.5.3 特殊情况：函数重载与缺省参数的冲突

//记作Print1
void Print(int a = 0)
{
    
	cout << a << endl;
}

//记作Print2
void Print()
{
    
	cout << 0 << endl
}

上述情况下，Print1的缺省调用与Print2的调用具有相同的语句，编译无法处理会进行报错，在编写代码的过程中，不要进行如上操作。

2.6 引用与指针

1. 在C语言的学习中，我们知道在对函数进行传参时，我们正常情况下向函数传递的只是参数的拷贝，如果我们想要在函数内对参数进行操作更改，我传参时就需要给函数传递参数的指针，再于函数内部对参数地址解引用，然后再对参数本身进行操作。
2. 在C++中，我们有了可以简化这一过程的新增语法操作，“引用”，接下来就让我们对其进行学习。

2.6.1 什么是引用

引用，我们可以从语法层面将其简单理解为，对一个已经存在的元素"取别名"，取名后新的名称也同样代表着原本的那个元素，对别名操作同样会对参数造成影响，两者的区别只有名称上的不同。

int a = 10;
int& b = a;

b++;
cout << a << endl;

2.6.2 引用的使用方式

定义方式：[参数类型]& 变量别名 = 变量

1. 注：引用必须进行初始化，否则会发生报错
2. 注：一个变量可以取多个别名，即被多次引用
3. 注：引用一个变量后，就无法再引用其他的变量

int a = 10;

//定义方式
int& b = a;

//报错，必须初始化
int& c;

2.6.3 const常引用

1. C语言中，我们学习过const修饰变量，const修饰的变量具有常属性，而具有常属性的变量无法被修改。
2. 在引用中，const修饰的变量我们正常情况下无法正常引用，需要对引用也进行const修饰才能正常引用，此种别名也具有常性不能被修改。

//常变量
const int a = 10;
//常引用
const int& b = a;

3. 因为常引用只读不改的特性，所以它也可以直接引用常量

const int& b = 10;

4. 常引用可以引用变量，但引用不可以引用常变量（权限可以缩小不能放大）
5. 跨类型的常饮用同样可能会导致数据精度的丢失

double c = 3.14;
//精度丢失
const int& d = c;
 //3

2.6.4 引用的应用场景

1. 作参数

void swap(int& num1, int& num2)
{
    
	int tmp = num1;
	num1 = num2;
	num2 = tmp;
}

2. 做返回值

int& Add(int num1, int num2)
{
    
	static int sum = 0;
	sum = num1 + num2;
	
	return sum;
}

3. 引用做返回值，源变量的销毁（源变量的声明周期仅为函数体内，随着函数调用结束，变量销毁）

int& Add(int num1, int num2)
{
    
	int sum = num1 + num2;
	
	return sum;
}

//err
int ret = Add(10, 20);

2.6.5 补充

1. 值返回比引用返回的效率低，值返回会在返回过程中创建一个中间变量，而引用则是直接返回数据本身。
2. 引用与指针的区别：
   <1> 在概念上，引用是定义了一个变量的别名，而指针是存储了变量的地址
   <2> 在初始化时，引用必须进行初始化，而指针可以不初始化
   <3> 指针存在NULL指针，而引用不存在空引用
   <4> 引用在初始化引用一个目标后，后续不可再更改引用其他目标，而指针可以
   <5> 引用的大小是引用目标本身的大小，而指针大小只会是4/8字节
   <6> 引用加1是对本身元素加1，而指针则是加一步（指针步长由指针类型决定）
   <7> 使用上，指针需要解引用才能对指向对象进行操作，引用我们则是可以直接进行操作（具体细节由编译器执行）
   <8> 有多级指针，但没有多级引用
   <9> 引用比指针更加安全

2.7 内联函数

2.7.1 什么是内联函数

1. 在编写程序时，我们经常会进行函数的定义，将需要的功能模块化从而优化代码的结构，提高代码的可读性。
2. 可是有些时候，编写的函数非常短小，为此再专门开辟栈帧来调用，当此函数被多次反复调用时反而会很大程度上影响程序的效率，因此我们引入内联函数。

内联函数的定义方式：在函数名前加上关键字inline

inline int Add(int num1, int num2)
{
    
	return num1 + num2;
}

2.7.2 内联函数的调用机制

1. 内联函数不会再去额外开辟栈帧，而是将函数体内的语句在调用处直接展开，然后依次执行
2. 我们对于函数的inline声明，编译器并不一定会进行执行，此行为只相当于我们给编译器提建议，具体如何操作由编译器考量（当函数过于复杂，语句数量超过一定限度，如：75）
3. 内联函数可能会导致目标文件内代码量的膨胀
4. 内联函数不建议使用定义与声明分离的操作，因为内联函数会在条用处直接展开，声明展开后就无法找打定义处的函数地址

2.7.3 C++与宏

1. 在C语言中我们学习过宏，它的存在可以让增强了代码的复用性，提升了代码效率。可同时他也有着不可忽视的缺点，它的替换机制为我们的调试代码很大的不方便，维护起来及其不方便，同时也没有类型检查使得安全下降，针对他的两个使用场景C++中有了其的上位选择（有同时优点的同时，规避了缺点）
2. 使用场景：
   <1> 短小函数 ：内联函数
   <2> 替换常量：枚举

枚举示例：

//宏
//#define day 0

//枚举可调试
enum Day
{
    
	Mon,
	Tues,
	Feb,
	Thu,
	Fir,
	Sat,
	Sun
}

Day day = Tue;
cout << "today is " << day << endl;

2.8 关键字auto

1. 使用场景：auto可以自动推导处变量的类型，当参数类型过长，或复杂易错时我们可以用auto关键字代替。

2. 可搭配指针与引用使用，具体如下：

int i = 10;

 auto a = &i;
 auto* b = &i;
 auto& c = i;
 
 //得到变量的类型
 cout << typeid(a).name() << endl;
 cout << typeid(b).name() << endl;
 cout << typeid(c).name() << endl;
 
 *a = 20;
 *b = 30;
 c = 40;

3. auto不可作为函数参数，无法得出函数的参数类型

//err
int Add(auto num1, auto num2)
{
    
	return num1 + num2;	
}

4. auto无法直接定义数组

//err
auto arr[] = {
    1,2,3,4,5,6};

2.9 范围for

在C语言的逻辑for语句中，我们想要利用其进行数组的遍历时，必须要创建一个中间变量作为下标来进行元素的遍历，而范围for只需要给定需遍历数组即可，语法上更为方便简洁，具体如下：

int arr[] = {
    1,2,3,4,5,6};
//普通for循环
int i = 0;
for(i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
{
    
	cout << arr[i] << endl;
}

//范围for
for(auto e : arr)
{
    
	cout << e << endl;
}

1. 范围for中的变量只是临时拷贝，对其的更改无法直接影响数组，需要指定变量类型为引用才可对值进行更改

for(auto e : arr)
{
    
	e *= 2;
}

for(auto e : arr)
{
    
	cout << e << endl;
}

for(auto& e : arr)
{
    
	e *= 2;
}

2. 在后续的类与对象中我们会了解到其与迭代器的关系（实为傻瓜式的替换）

2.10 指针空值nullptr

在C语言中，我们查看源文件会发现NULL是0的宏替换，因为此种定义方式，其可能会在使用中造成如下的一些错误。

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

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

f(NULL);

运行结果：

在C++中，对这一缺漏有了补足，C++中新增空指针为nullptr，相当于(void)0*。