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C++ 算法
C++ 入门基础知识详解 介绍 C++ 入门核心概念，包括第一个程序编写、命名空间的作用与定义、标准输入输出流的使用、缺省参数规则、函数重载机制、引用的概念与特性、内联函数的优化原理以及 nullptr 空指针的安全使用。通过代码示例讲解了 namespace 隔离冲突、引用传参效率提升及 const 引用限制等内容，帮助初学者建立 C++ 基础语法认知。
云朵棉花糖 发布于 2026/3/25 更新于 2026/4/18 1. 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 hello world 依旧可以运行。C++ 中需要将定义文件代码后缀改为 .cpp ，编译器看到是.cpp 就会调用 C++ 编译器编译。
#include <stdio.h>
int main () printf ("hello world\n" );
return 0 ;
}
#include <iostream>
using namespace std;
int main () "hello world\n" << endl;
return 0 ;
}
2. 命名空间
2.1 Namespace 的价值
在 C/C++ 中，变量、函数和类的名称都存在于全局作用域中，可能会导致冲突。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。
在 C 语言项目中，类似下面程序这样的命名冲突是普遍存在的问题：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int rand = 10 ;
int main () printf ("%d\n" , rand);
return 0 ;
}
2.2 Namespace 的定义
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定义命名空间需要使用 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。C++ 中域有函数局部域、全局域、命名空间域、类域。所有有了域隔离，名字冲突就解决了。
以下代码展示了 namespace 的一些定义的使用：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
namespace bit {
int rand = 10 ;
int Add (int left, int right) return left + right;
}
struct Node {
struct Node * next;
int val;
};
}
int main () printf ("%d\n" , bit::rand);
return 0 ;
}
namespace bit {
namespace pg {
int rand = 1 ;
int Add (int left, int right) return left + right;
}
}
namespace hg {
int rand = 2 ;
int Add (int left, int right) return (left + right)*10 ;
}
}
}
int main () printf ("%d\n" , bit::pg::rand);
printf ("%d\n" , bit::hg::rand);
printf ("%d\n" , bit::pg::Add (1 , 2 ));
printf ("%d\n" , bit::hg::Add (1 , 2 ));
return 0 ;
}
#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
#include <assert.h>
namespace bit {
typedef int STDataType;
typedef struct Stack {
STDataType* a;
int top;
int capacity;
}ST;
void STInit (ST* ps, int n) void STPush (ST* ps, STDataType x) #include "Stack.h"
namespace bit {
void STInit (ST* ps, int n) assert (ps);
ps->a = (STDataType*)malloc (n * sizeof (STDataType));
ps->top = 0 ;
ps->capacity = n;
}
void STPush (ST* ps, STDataType x) assert (ps);
if (ps->top == ps->capacity) {
int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2 ;
STDataType* tmp = (STDataType*)realloc (ps->a, newcapacity * sizeof (STDataType));
if (tmp == NULL ) { perror ("realloc fail" ); return ; }
ps->a = tmp;
ps->capacity = newcapacity;
}
ps->a[ps->top] = x;
ps->top++;
}
}
#include "Queue.h"
#include "Stack.h"
int main () STInit (&st2);
bit::STPush (&st2, 1 );
return 0 ;
}
2.3 命名空间的使用 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。使用命名空间中的变量/函数可以使用以下三种方式：
指定命名空间访问（推荐）。
using 将命名空间中的某个成员展开（推荐用于无冲突成员）。
展开命名空间中的全部成员（不推荐，易产生冲突）。
#include <stdio.h>
namespace N {
int a = 0 ;
int b = 1 ;
}
int main () printf ("%d\n" , N::a);
using N::b;
printf ("%d\n" , b);
using namespace N;
printf ("%d\n" , a);
return 0 ;
}
3. C++ 输入&输出 <iostream>是 Input Output Stream 的缩写，定义了标准的输入、输出对象。std::cin是 istream 类的对象，std::cout是 ostream 类的对象。<<是流插入运算符，>>是流提取运算符。
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），IO 流涉及类和对象、运算符重载等面向对象的知识。
C++ 标准库都放在一个叫 std(standard) 的命名空间中，一般日常练习中可以使用 using namespace std，但在实际项目开发中不建议这样使用。
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
using namespace std;
int main () int a = 0 ;
double b = 0.1 ;
char c = 'x' ;
cout << a << " " << b << " " << c << endl;
std::cout << a << " " << b << " " << c << std::endl;
cin >> a;
cin >> b >> c;
cout << a << endl;
cout << b << " " << c << endl;
return 0 ;
}
ios_base::sync_with_stdio (false );
cin.tie (nullptr );
cout.tie (nullptr );
4. 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。分为全缺省或半缺省参数。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，必须从左向右依次给实参，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，规定必须在函数声明给缺省值。
#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;
void Func (int a = 0 ) int main () Func ();
Func (10 );
return 0 ;
}
void Func1 (int a = 10 , int b = 20 , int c = 30 ) "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;
cout << "c = " << c << endl;
}
void Func2 (int a, int b = 10 , int c = 20 ) "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;
cout << "c = " << c << endl;
}
int main () Func1 ();
Func1 (1 );
Func1 (1 , 2 );
Func1 (1 , 2 , 3 );
Func2 (100 );
Func2 (100 , 200 );
Func2 (100 , 200 , 300 );
return 0 ;
}
#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;
typedef int STDataType;
typedef struct Stack {
STDataType* a;
int top;
int capacity;
}ST;
void STInit (ST* ps, int n = 4 ) #include "Stack.h"
void STInit (ST* ps, int n) assert (ps && n > 0 );
ps->a = (STDataType*)malloc (n * sizeof (STDataType));
ps->top = 0 ;
ps->capacity = n;
}
#include "Stack.h"
int main () STInit (&s1);
ST s2;
STInit (&s2, 1000 );
return 0 ;
}
5. 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。返回值不同不能作为重载条件。
#include <iostream>
using namespace std;
int Add (int left, int right) "int Add(int left, int right)" << endl;
return left + right;
}
double Add (double left, double right) "double Add(double left, double right)" << endl;
return left + right;
}
void f () "f()" << endl;
}
void f (int a) "f(int a)" << endl;
}
void f (int a, char b) "f(int a,char b)" << endl;
}
void f (char b, int a) "f(char b, int a)" << endl;
}
int main () Add (10 , 20 );
Add (10.1 , 20.2 );
f ();
f (10 );
f (10 , 'a' );
f ('a' , 10 );
return 0 ;
}
6. 引用
6.1 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。
#include <iostream>
using namespace std;
int main () int a = 0 ;
int & b = a;
int & c = a;
int & d = b;
++d;
cout << &a << endl;
cout << &b << endl;
cout << &c << endl;
cout << &d << endl;
return 0 ;
}
6.2 引用的特性 引用在定义时必须进行初始化，即必须指明是对哪个变量进行引用。一个变量可以有多个引用。引用一旦绑定到一个实体，就无法再重新绑定到另一个实体。这与指针不同，指针可以随时指向不同的内存地址。
#include <iostream>
using namespace std;
int main () int a = 10 ;
int b = 20 ;
int & ref = a;
cout << "ref: " << ref << endl;
ref = b;
cout << "a: " << a << endl;
cout << "ref: " << ref << endl;
return 0 ;
}
6.3 引用的使用 引用在实践中主要是用引用传参和引用做返回值可以减少拷贝，提高效率，而且在改变引用对象时同时还可以改变被引用对象。引用传参和指针传参的功能是类似的，但引用传参相对会更简单一点。
void Swap (int & rx, int & ry) int tmp = rx;
rx = ry;
ry = tmp;
}
int main () int x = 0 , y = 1 ;
cout << x << " " << y << endl;
Swap (x, y);
cout << x << " " << y << endl;
return 0 ;
}
#include <iostream>
using namespace std;
typedef int STDataType;
typedef struct Stack {
STDataType* a;
int top;
int capacity;
}ST;
void STInit (ST& rs, int n = 4 ) malloc (n * sizeof (STDataType));
rs.top = 0 ;
rs.capacity = n;
}
void STPush (ST& rs, STDataType x) assert (rs);
if (rs.top == rs.capacity) {
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++;
}
int & STTop (ST& rs) assert (rs.top > 0 );
return rs.a[rs.top];
}
int main () STInit (st1);
STPush (st1, 1 );
STPush (st1, 2 );
cout << STTop (st1) << endl;
STTop (st1) += 10 ;
cout << STTop (st1) << endl;
return 0 ;
}
#include <iostream>
using namespace std;
typedef struct ListNode {
int val;
struct ListNode * next;
}LTNode, *PNode;
void ListPushBack (PNode& phead, int x) malloc (sizeof (LTNode));
newnode->val = x;
newnode->next = NULL ;
if (phead == NULL ) {
phead = newnode;
} else {
}
}
int main () {
PNode plist = NULL ;
ListPushBack (plist, 1 );
return 0 ;
}
6.4 const 引用 可以引用一个 const 对象，但是必须用 const 引用。const 引用也可以引用普通对象，因为对象的访问权限在引用过程中可以缩小，但是不能对访问权限进行放大。
int main () const int a = 10 ;
const int & ra = a;
int b = 20 ;
const int & rb = b;
return 0 ;
}
#include <iostream>
using namespace std;
int main () int a = 10 ;
const int & rb = a*3 ;
double d = 12.34 ;
const int & rd = d;
return 0 ;
}
6.5 引用和指针的关系 C++ 中的指针和引用在实践中相辅相成，功能具有重叠性，但又各自有特点，互相不可替代。
语法概念上引用是一个变量的取别名不开空间，指针是存储一个变量的地址，要开空间。
引用在定义时必须进行初始化，指针建议进行初始化。
引用在初始化后就不能再引用其他对象，而指针可以不断改变指向。
引用可以直接访问指向对象，指针需要解引用。
sizeof 含义不同，引用结果为引用类型的大小，指针始终是地址空间所占字节数。
指针容易出现空指针和野指针，引用很少出现，使用更安全。
#include <iostream>
using namespace std;
int main () double x = 3.14 ;
double & ref = x;
double * ptr = &x;
cout << "sizeof(x): " << sizeof (x) << endl;
cout << "sizeof(ref): " << sizeof (ref) << endl;
cout << "sizeof(ptr): " << sizeof (ptr) << endl;
return 0 ;
}
7. Inline 用 inline 修饰的函数叫做内联函数，编译时 C++ 编译器会在调用的地方展开内联函数，这样调用内联函数就不需要建立栈帧了，可以提高效率。inline 对于编译器而言只是一个建议。
inline 适用于频繁调用的短小函数，对于递归函数或者代码相对多一些的函数，就算加上 inline 也会被编译器忽略。C++ 设计 inline 目的就是代替 C 语言的宏函数。
inline 不建议声明和定义分离到两个文件，分离会导致链接错误。因为 inline 被展开就没有函数地址，链接时会出现报错。
#include <iostream>
using namespace std;
inline int Add (int x, int y) int ret = x + y;
ret += 1 ;
ret += 1 ;
ret += 1 ;
return ret;
}
int main () int ret = Add (1 , 2 );
cout << Add (1 , 2 ) * 5 << endl;
return 0 ;
}
#define ADD(a, b) ((a) + (b))
int main () int ret = ADD (1 , 2 );
cout << ADD (1 , 2 ) << endl;
cout << ADD (1 , 2 )*5 << endl;
int x = 1 , y = 2 ;
ADD (x & y, x | y);
return 0 ;
}
#include <iostream>
using namespace std;
inline void f (int i) #include "F.h"
void f (int i) #include "F.h"
int main () f (10 );
return 0 ;
}
8. nullptr NULL 实际上是一个宏，在传统的 C 语言的头文件中，可以看到如下代码：
#ifndef NULL
#ifdef __cplusplus
#define NULL 0
#else
#define NULL ((void *)0)
#endif
#endif
C++ 中 NULL 可能被定义为字面常量 0，或者 C 中被定义为无类型指针的常量。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。C++11 中引入 nullptr，nullptr 是一种特殊类型的字面量，它可以转换成任意其他类型的指针类型。使用 nullptr 定义空指针可以避免类型转换的问题。
#include <iostream>
using namespace std;
void f (int x) "f(int x)" << endl;
}
void f (int * ptr) "f(int* ptr)" << endl;
}
int main () f (0 );
f (NULL );
f ((int *)NULL );
f (nullptr );
return 0 ;
}
