C++ 基础概念详解

注意： 在不同文件中定义同名的命名空间，编译器会自动将其合并为一个，这允许我们在多文件项目中使用统一的命名空间结构。标准库中的所有内容都位于 std 命名空间中。

C++ 输入输出

C++ 的标准输入输出流包含在 <iostream> 头文件中，提供了 cin、cout 以及流操作符 << 和 >>。

cin 与 cout

• std::cin：控制台输入（Console Input）。
• std::cout：控制台输出（Console Output）。

由于标准库位于 std 命名空间，使用前需加上 std:: 前缀或使用 using namespace std;。

流操作符

• <<：流插入运算符，用于向输出流写入数据。
• >>：流提取运算符，用于从输入流读取数据。

C++ 能自动识别变量类型，无需像 C 语言那样手动指定占位符。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    cout << "Hello World" << endl;
    cout << "这是两行内容" << endl << "第二行" << endl;
    
    int a, b;
    cout << "请输入两个整数:";
    cin >> a >> b;
    cout << "两个数之和为:" << a + b << endl;
    return 0;
}

其中 endl 表示换行并刷新缓冲区。

默认参数

函数定义时可以给参数指定默认值。调用时若不传该参数，则使用默认值；若传入则覆盖默认值。

全缺省与半缺省

• 全缺省：所有参数都有默认值。
• 半缺省：部分参数有默认值。C++ 规定默认值必须从右向左连续设置。调用时必须先传递没有默认值的参数。

#include <iostream>
using namespace std;

void Print(int a, int b = 1, int c = 2) {
    cout << a << "," << b << "," << c << endl;
}

int main() {
    Print(0);   // 打印 0,1,2
    Print(6, 6);// 打印 6,6,2
    Print(5, 5, 5); // 打印 5,5,5
    return 0;
}

重要规则： 函数声明和定义分离时，默认参数只能出现在声明中，不能重复定义。

函数重载

在同一作用域内，可以存在多个同名函数，只要它们的参数列表不同（参数个数、类型或顺序不同）。

#include <iostream>
using namespace std;

// 参数个数不同
int Add(int a, int b, int c) { return a + b + c; }
int Add(int a, int b) { return a + b; }

// 参数类型不同
double Calc(double x, double y) { return x + y; }
int Calc(int x, int y) { return x + y; }

int main() {
    cout << Add(1, 1, 1) << endl; // 调用三参数版本
    cout << Add(1, 1) << endl;    // 调用两参数版本
    return 0;
}

引用

引用是给已有变量起的一个别名，直接操作原变量的内存地址，无需额外开辟空间。

引用语法与特性

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a = 10;
    int& b = a; // 引用初始化
    cout << &a << endl;
    cout << &b << endl; // 地址相同
    return 0;
}

关键点：

1. 初始化：引用定义时必须初始化，且一旦绑定不可更改。
2. 安全性：相比指针，引用不存在空指针或野指针风险。
3. 效率：常用于函数传参，避免对象拷贝，提升性能。

Swap 函数对比

使用指针交换需要解引用，而引用写法更直观：

#include <iostream>
using namespace std;

void Swap(int& a, int& b) {
    int tmp = a;
    a = b;
    b = tmp;
}

int main() {
    int a = 2, b = 3;
    Swap(a, b);
    cout << "a=" << a << ", b=" << b << endl;
    return 0;
}

const 引用

被 const 修饰的引用称为常量引用。它限制了修改权限，常用于保护传入的参数不被意外修改。

权限控制

• 原变量可读可写，const 引用后变为只读。
• 原变量只读，const 引用后仍只读。
• 临时变量：普通引用不能绑定临时变量（如字面量），但 const 引用可以。这是因为 const 引用延长了临时变量的生命周期，且只读操作保证了安全。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    const int a = 20;
    const int& ra = a * 3; // 合法，绑定临时结果
    // int& rra = a * 3;  // 错误，权限放大
    return 0;
}

引用与指针的区别

宏与内联函数

宏定义

宏是在预处理阶段进行的文本替换，分为有参和无参宏。虽然简单，但缺乏类型检查，且容易因运算符优先级导致错误。

#define Add(a,b) ((a) + (b))

内联函数

inline 关键字建议编译器将函数体直接嵌入调用处，避免栈帧创建开销，提高效率。但这只是建议，编译器可根据情况决定是否采纳。

区别总结：

• 内联函数是真正的函数，支持调试和类型检查。
• 宏是文本替换，无法调试，需注意括号包裹。

nullptr

C++11 引入了 nullptr 关键字来表示空指针，替代了传统的 NULL（通常定义为 0）。

在函数重载场景下，NULL 可能被解析为整型 0，导致调用错误的重载版本。nullptr 具有明确的指针类型，能准确匹配指针参数的重载函数。

#include <iostream>
using namespace std;

void Print(int* x) { cout << "int*" << endl; }
void Print(int x) { cout << "int" << endl; }

int main() {
    Print(nullptr); // 正确调用 Print(int*)
    // Print(NULL);  // 可能错误调用 Print(int)
    return 0;
}

掌握这些基础概念，有助于编写更安全、高效的 C++ 代码。