C++ 基础概念详解

4. 命名空间的使用方式

除了显式指定访问路径外，还有两种常用方式：

1. 指定成员访问：使用 using 命名空间名::成员; 展开某个特定成员。
2. 展开全部成员：使用 using namespace 命名空间名; 引入整个命名空间。

注意：虽然 using namespace std; 很方便，但在大型项目中需谨慎使用，以免污染全局命名空间。

5. 补充说明

• 同一个命名空间可以被拆分写在不同的文件中，编译器会自动合并它们。
• C++ 标准库都存放在名为 std (standard) 的命名空间中。

二、C++ 的输入输出

1. iostream 头文件

<iostream> 是 Input Output Stream 的缩写，提供了 cin、cout 以及流操作符 <<、>>。

2. cin 和 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，使用前通常需要加上 std:: 前缀或使用 using namespace std;。

3. 流操作符

• <<：流插入运算符，配合 cout 使用。支持连续输出多个内容。
• >>：流提取运算符，配合 cin 使用。支持连续读取多个变量。

C++ 能自动识别变量类型，不需要像 C 语言那样手动指定占位符。

示例

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    cout << "hello world" << endl;
    cout << "请输入两个整数:";
    int a, b;
    cin >> a >> b;
    cout << "两个数之和为:" << a + b << endl;
    return 0;
}

4. endl

endl 表示换行并刷新缓冲区。

三、缺省参数

1. 基本概念

定义函数时，可以为参数提供默认值。调用时若不传该参数，则使用默认值；若传入，则覆盖默认值。

2. 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。关键规则：缺省值必须从右向左连续设置。调用时必须先传完没有默认值的参数。

此外，如果函数声明和定义分离，缺省参数只能出现在声明部分。

示例

#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;
}

四、函数重载

在同一作用域内，允许存在多个同名函数，但必须满足以下条件之一：

1. 参数个数不同。
2. 参数类型不同。
3. 参数顺序不同。

返回值类型不能作为区分重载函数的依据。

示例

#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(int a, double b) { return a + b; }
double Calc(double a, int b) { return a - b; }

int main() {
    cout << Add(1, 1, 1) << endl;
    cout << Add(1, 1) << endl;
    cout << Calc(2, 2.2) << endl;
    return 0;
}

五、引用（Reference）

1. 基本概念

引用是给已有变量起的一个别名，它直接操作原变量的内存，不占用额外空间。

2. 引用 vs 指针

相比指针，引用更简洁安全：

• 初始化：引用定义时必须初始化；指针建议初始化以避免野指针。
• 绑定：引用一旦绑定不可更改；指针可以指向其他对象。
• 访问：引用直接使用；指针需解引用。
• 安全性：引用不存在空引用问题。

Swap 函数对比

#include <iostream>
using namespace std;

// 指针写法
void SwapPtr(int* a, int* b) {
    int tmp = *a;
    *a = *b;
    *b = tmp;
}

// 引用写法
void SwapRef(int& a, int& b) {
    int tmp = a;
    a = b;
    b = tmp;
}

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

3. 引用要求

• 初始化：必须初始化，且绑定后终身指向该实体。
• 多引用：一个变量可以有多个引用，修改其中一个会影响所有引用。
• const 引用：用于修饰临时变量或常量，防止意外修改，同时延长临时变量生命周期。

六、宏（Macro）

宏是在预处理阶段进行的文本替换，分为无参宏和有参宏。

1. 语法

#define 宏名 替换文本
#define 宏名 (参数) 替换文本

2. 注意事项

有参宏中，参数建议加括号，以避免运算符优先级导致的计算错误。例如：#define Add(a,b) ((a) + (b))。

3. 宏 vs 内联函数

七、nullptr

1. 概念

nullptr 是 C++11 引入的关键字，专门用于表示空指针。

2. 引入原因

在 C 语言中，NULL 通常被定义为 0。在函数重载场景下，Print(NULL) 可能无法正确匹配到指针类型的函数，导致调用歧义。nullptr 具有明确的指针类型，解决了这一问题。

示例

#include <iostream>
using namespace std;

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

int main() {
    Print(nullptr); // 明确调用 int* 版本
    return 0;
}

注：C++ 之父本贾尼・斯特劳斯特卢普在设计之初便考虑了兼容性与扩展性。